由于環(huán)境污染、城市交通堵塞和不可再生能源匱乏等問題的提出,社會(huì)上迫切需要一種小型的、高能源利用率的代步工具,而新能源電動(dòng)車正好滿足社會(huì)的這種需求。永磁無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)作為一種大轉(zhuǎn)矩輸出和結(jié)構(gòu)及控制簡單的控制系統(tǒng),能夠滿足新能源電動(dòng)車的動(dòng)力控制需求。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是一種高性能交流調(diào)速技術(shù),通過實(shí)時(shí)控制無刷直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩,使得系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)矩能夠快速控制,系統(tǒng)響應(yīng)應(yīng)快。但是由于無刷直流電機(jī)通常采用兩相導(dǎo)通的工作方式,采用方波電流和梯形波反電動(dòng)勢控制,加上電機(jī)本身電磁等因素的干擾,使得無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制會(huì)產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),這種轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)很大程度上影響無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的控制性能,因此迫切需要研究如何減小無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制中的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。本文首先從無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的影響因素、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、直接轉(zhuǎn)矩控制策略和滑模觀測器存在的不足進(jìn)行簡要介紹。首先分析了無刷直流電機(jī)產(chǎn)生脈動(dòng)的原因,并對當(dāng)今國內(nèi)外無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制算法研究方向及熱點(diǎn)進(jìn)行分析。隨后,介紹了無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩滑模觀測器的研究,并對傳統(tǒng)滑模觀測器存在的問題和本文的研究目標(biāo)進(jìn)行闡述。然后,介紹了永磁無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的兩種策略,并在采用不含磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制策略,通過引入傳統(tǒng)滑模觀測器的方法來得到電機(jī)反電動(dòng)勢,進(jìn)而得到電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩,并從理論和仿真分析傳統(tǒng)滑模觀測器存在的一些不足之處。其次,本文構(gòu)造了一種基于電流誤差的非奇異快速終端滑模觀測器,并應(yīng)用于無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制中�？紤]到傳統(tǒng)滑模觀測器存在抖振現(xiàn)象和高次諧波及收斂速度慢等原因,本文構(gòu)造了一種非奇異快速終端滑模觀測器來得到電機(jī)的反電動(dòng)勢。隨后,在Simulink仿真平臺(tái)上對非奇異快速終端滑模觀測器和傳統(tǒng)滑模觀測器進(jìn)行對比仿真分析,仿真結(jié)果表明非奇異快速終端滑模觀測器觀測得到的反電動(dòng)勢更準(zhǔn)確,抖振更小,趨近速率更快,轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)更小。然后,本文提出一種基于電流誤差導(dǎo)數(shù)的非奇異快速終端滑模觀測器,并應(yīng)用于無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制中。通過分析非奇異快速終端滑模觀測器的滑模面,本文提出一種新型非奇異快速終端滑模觀測器,來觀測電機(jī)的反電動(dòng)勢。同時(shí),使用S函數(shù)來調(diào)節(jié)線性滑模的系數(shù)。隨后在Simulink仿真平臺(tái)上對新型非奇異快速終端滑模觀測器進(jìn)行了仿真研究,并和傳統(tǒng)的滑模觀測器仿真進(jìn)行對比,結(jié)果表明新型滑模觀測器的反電動(dòng)勢更精確,趨近速率更快,轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)更小。最后,設(shè)計(jì)和搭建以dSPACE為控制器的無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。選型一臺(tái)功率為750W的無刷直流電機(jī),并選擇dSPACE作為算法的控制器,并設(shè)計(jì)平臺(tái)保護(hù)電路、三相逆變器電路及采集電路、電壓電流采集電路等。通過搭建無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制半實(shí)物仿真平臺(tái),來驗(yàn)證本文提出的滑模觀測下的直接轉(zhuǎn)矩算法的有效性。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM33
【部分圖文】：

由公式(3-22)可知，p 、q 、 x 0 和d 均為已知常數(shù)，且c有界，因此 有界，所設(shè)計(jì)的非奇異快速終端滑模觀測器可以使得系統(tǒng)的任一狀態(tài)都能在有限時(shí)間內(nèi)達(dá)到平衡點(diǎn)，滿足可達(dá)性要求。3.3 兩種滑模觀測系統(tǒng)建模及對比分析3.3.1 傳統(tǒng)滑模觀測系統(tǒng)仿真建模根據(jù)本章構(gòu)造的滑模觀測器算法，在 Matlab 2017b 的環(huán)境下搭建無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的仿真框圖，如圖 3-1 所示，其中主要包括兩個(gè) Simulink 子封裝模塊。圖 3-2 為通過相對地電壓、相電流和電機(jī)轉(zhuǎn)速結(jié)合傳統(tǒng)滑模觀測得到的電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)際值和線反電動(dòng)勢模塊，圖 3-3 為通過霍爾信號(hào)輸出、轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器輸出并參考空間電壓選擇表輸出得到下一個(gè)時(shí)刻的電壓空間矢量模塊。在仿真實(shí)驗(yàn)中采用的仿真步長為 5e-6s,低通濾波器的截止頻率設(shè)置為 1KHz，轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器的寬度為0.1N m，acK 和bcK 的值分別取的是200，200，仿真中電機(jī)模型采用的參數(shù)和實(shí)物電機(jī)選型中的電機(jī)參數(shù)保持一致。

(a) (b)圖 3-6 傳統(tǒng)滑模觀測下的反電動(dòng)勢和反電動(dòng)勢誤差圖(a) (b)圖 3-7 非奇異快速終端滑模觀測的反電動(dòng)勢及誤差曲線由圖 3-6(a)和圖 3-7(a)對比分析可知，傳統(tǒng)滑模觀測器在觀測反電動(dòng)勢時(shí)會(huì)產(chǎn)

37(a) (b)圖 3-7 非奇異快速終端滑模觀測的反電動(dòng)勢及誤差曲線由圖 3-6(a)和圖 3-7(a)對比分析可知，傳統(tǒng)滑模觀測器在觀測反電動(dòng)勢時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的“抖動(dòng)”，因此傳統(tǒng)滑模觀測器中使用了低通濾波器的方法，來過濾反電動(dòng)勢中的高頻成分，使得傳統(tǒng)滑模觀測得到的反電動(dòng)勢和實(shí)際的反電動(dòng)勢之間存在延遲，而使用非奇異快速終端滑模觀測器則可以避免這種情況，觀測的反電動(dòng)勢和實(shí)際反電動(dòng)勢保持同相位。由圖 3-6(b)和圖 3-7(b)對比分析可知，當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到500r/min時(shí)，此時(shí)理想反電動(dòng)勢的峰值為 15V，傳統(tǒng)滑模觀測的反電動(dòng)勢的誤差峰值達(dá)到 4V，且誤差曲線存在比較明顯的振動(dòng)，而非奇異快速終端滑模觀測的反電動(dòng)勢的誤差峰值只要 1.5V，且誤差曲線較好。相對比而言，設(shè)計(jì)的非奇異快速終端滑模觀測器具有更好的反電動(dòng)勢觀測性能，觀測的反電動(dòng)勢和理想的反電動(dòng)勢之間的誤差更小。由于無刷直流電機(jī)開始啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為零，對應(yīng)的反電動(dòng)勢為零，此
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李珍國;周生海;王江浩;方一鳴;;無刷直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制研究[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2015年15期

2 侯利民;王巍;;表面式永磁同步電機(jī)無源非奇異快速終端滑模控制[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2014年11期

3 夏鯤;朱琳玲;曾彥能;徐鑫悅;楊益華;;基于準(zhǔn)Z源網(wǎng)絡(luò)的永磁無刷直流電機(jī)換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制方法[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2015年04期

4 王大方;卜德明;朱成;周傳煒;楊博文;;一種減小無刷直流電機(jī)換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的調(diào)制方法[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2014年05期

5 周揚(yáng)忠;林啟星;馬俊亭;;凸極式永磁無刷直流電機(jī)無位置傳感型瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩觀測[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2013年18期

6 石堅(jiān);李鐵才;;無刷直流電動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)超前換相控制方法[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2012年30期

7 張曉光;趙克;孫力;;永磁同步電動(dòng)機(jī)混合非奇異終端滑模變結(jié)構(gòu)控制[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2011年27期

8 楊建飛;胡育文;;無刷直流電機(jī)無磁鏈觀測直接轉(zhuǎn)矩控制[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2011年12期

9 許鵬;郭桂芳;曹軍義;侯哲;曹秉剛;;直流無刷電機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)直接轉(zhuǎn)矩控制[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2009年S1期

10 王道涵;王秀和;丁婷婷;楊玉波;張冉;劉士勇;;基于磁極不對稱角度優(yōu)化的內(nèi)置式永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩削弱方法[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2008年09期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 楊建飛;永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)若干關(guān)鍵問題研究[D];南京航空航天大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

1 廖玉茗;無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2018年

2 董士倫;兩相導(dǎo)通無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制性能改進(jìn)研究[D];南京師范大學(xué);2018年

3 劉洋;基于滑模變結(jié)構(gòu)控制的叉車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2017年

4 唐慧雨;電動(dòng)汽車增程器用永磁無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)研究[D];江蘇大學(xué);2017年

5 高玉文;位置傳感器故障下的伺服容錯(cuò)控制研究[D];電子科技大學(xué);2017年

6 張培玉;電動(dòng)車無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制及其實(shí)現(xiàn)方法[D];河北科技大學(xué);2016年

7 莫遠(yuǎn)秋;基于滑模觀測器的高速永磁同步電機(jī)無傳感器技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2868651