【摘要】：無(wú)刷直流電機(jī)除了具有良好的調(diào)速性能、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、可靠性高等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)還保留了直流電動(dòng)機(jī)優(yōu)良的機(jī)械特性,因而被廣泛地應(yīng)用于電氣傳動(dòng)、位置伺服中的各個(gè)領(lǐng)域。但傳統(tǒng)無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)中電機(jī)存在齒槽轉(zhuǎn)矩、逆變器中功率器件的非線性使系統(tǒng)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),伴隨有振動(dòng)和噪聲問(wèn)題,并會(huì)縮短電機(jī)的使用壽命。隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展,對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的抑制提出了更高的要求,因此電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制具有重要的研究意義。論文在傳統(tǒng)PID控制基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了模糊PID控制器,采用空間矢量雙閉環(huán)控制,利用Matlab/Simulink平臺(tái)進(jìn)行了仿真研究。通過(guò)與傳統(tǒng)PID仿真進(jìn)行對(duì)比,設(shè)計(jì)的模糊PID控制器具有更好的動(dòng)態(tài)性能,并能減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。針對(duì)位置傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性低的問(wèn)題,在電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)采取反電動(dòng)勢(shì)法實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的準(zhǔn)確評(píng)估并通過(guò)仿真驗(yàn)證該方法的有效性與可靠性。在電機(jī)啟動(dòng)時(shí),對(duì)傳統(tǒng)脈振高頻電壓注入法進(jìn)行了優(yōu)化,準(zhǔn)確估算了轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子位置。最后通過(guò)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì),搭建了以DSP28035為核心處理器的電機(jī)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了無(wú)刷直流電機(jī)在無(wú)位置傳感器條件下的矢量控制,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明與傳統(tǒng)PID相比,采用模糊PID時(shí)電機(jī)在空載和負(fù)載時(shí)都能保持穩(wěn)定運(yùn)行,并對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)有一定的削弱作用。
【學(xué)位授予單位】：河北科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TM33
【圖文】：

目前對(duì)于無(wú)刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)劃分為兩個(gè)方向，一個(gè)是方波驅(qū)動(dòng)[8]，一個(gè)為正波驅(qū)動(dòng)[9]。其中方波驅(qū)動(dòng)以軟件算法相對(duì)簡(jiǎn)單，硬件成本不高的特點(diǎn)在市場(chǎng)上得到泛應(yīng)用。正弦波驅(qū)動(dòng)對(duì)器件的要求較高，要求保證轉(zhuǎn)子的檢測(cè)足夠精準(zhǔn)。精度高的設(shè)備如光電編碼器的售價(jià)偏高，而定價(jià)低的設(shè)備其性能又不能達(dá)到基本的運(yùn)行要求諸多不利因素推遲了正弦波驅(qū)動(dòng)的發(fā)展進(jìn)度[10-14]。到了 20 世紀(jì)末，隨著簡(jiǎn)易位置感器高精度辨識(shí)算法越來(lái)越成熟，德州儀器、英飛凌等公司針對(duì)正弦波驅(qū)動(dòng)推出了專(zhuān)用的微處理器芯片，擴(kuò)大了該驅(qū)動(dòng)的市場(chǎng)份額。汽車(chē)分析師 Bryan Turnbough 做調(diào)查，2012-2017 年期間，在汽車(chē)行業(yè)，無(wú)刷直流電機(jī)的銷(xiāo)售量將達(dá)到了 4.6 億臺(tái)將超過(guò)直流伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)。隨著插電式電動(dòng)汽車(chē)在技術(shù)上持續(xù)進(jìn)步，性能上不斷提升，將進(jìn)一步調(diào)高無(wú)刷電機(jī)的出貨量。IMSResearch 報(bào)告，無(wú)刷直流電機(jī)的均年增長(zhǎng)率達(dá)到了 7%，而我國(guó)預(yù)測(cè)在未來(lái)五年在該行業(yè)增速將保持在 20%，預(yù)計(jì)到2022 年市場(chǎng)的規(guī)模達(dá)到 565 億元。我國(guó)無(wú)刷直流電機(jī)市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)如圖 1-1 所示。在中國(guó)市場(chǎng)，一方面上汽、廣汽、北汽、比亞迪等中國(guó)自主品牌都十分重視對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)發(fā)，并加大電動(dòng)汽車(chē)充電樁的發(fā)展，另一方面國(guó)家對(duì)電動(dòng)汽車(chē)采取的補(bǔ)貼政策，相信在不久的將來(lái)，將真正走向“無(wú)刷時(shí)代”。

采用智能算法削弱轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)也取得了一些成果，比如加入 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)削弱換的振動(dòng)[28]。對(duì)于給出數(shù)學(xué)模型的數(shù)據(jù)比較精確時(shí)，采用傳統(tǒng) PID 控制算法能很進(jìn)行調(diào)節(jié)，一旦數(shù)學(xué)模型的精度不高時(shí)，對(duì)參數(shù)的整定將變得復(fù)雜起來(lái)，甚至調(diào)試成功。在實(shí)際中，無(wú)刷直流電機(jī)的參數(shù)并不固定，是隨著時(shí)間發(fā)生變化有浮動(dòng)的。智能算法對(duì)數(shù)學(xué)模型的精準(zhǔn)度要求不高，此外還具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)點(diǎn)。通過(guò)先進(jìn)的智能控制算法對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)控，發(fā)展起來(lái)優(yōu)勢(shì)很大。因此，將控制算法加入到電機(jī)的控制研究中去順理成為眾多學(xué)者們研究的一個(gè)重要方向圖 1-2 所示為智能控制流程圖，該系統(tǒng)一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)是不需要完全依賴(lài)控制精確的數(shù)學(xué)模型，就可以達(dá)到很好的控制效果。目前主要包括模糊 PI 控制[29]、算法控制[30]、模糊 PID 切換控制[31]與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制[32]和粒子群等[33]，或者同時(shí)種智能算法加進(jìn)去實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制,比如模糊加神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)粒子群優(yōu)化后的控制等，目前都取得了一定的優(yōu)化效果。針對(duì)電機(jī)控制一般是將智能算法加入中比如速度環(huán)或者電流環(huán)中去，而文獻(xiàn)[34]將雙環(huán)均采用了模糊 PI 來(lái)進(jìn)行仿真果顯示能通過(guò)減小電流的浮動(dòng)從而削弱振動(dòng)，在實(shí)際中廣泛應(yīng)用仍有難度。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2719745