本文關(guān)鍵詞：無刷直流電機控制系統(tǒng)設(shè)計及其在無人艇上的應用

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【摘要】：為提高無人艇的續(xù)航能力,使用混合能量供給及高效率的電力動力系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)內(nèi)燃機動力系統(tǒng)是無人艇的發(fā)展趨勢。本文以無人艇船舵轉(zhuǎn)向控制為應用背景,分析和探討了無刷直流電機(BLDC)的控制系統(tǒng)設(shè)計及轉(zhuǎn)矩脈動抑制等問題,設(shè)計了BLDC的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),并針對轉(zhuǎn)矩脈動提出了一種離散空間矢量(DSV)調(diào)制下相電阻壓降補償?shù)囊种品桨?分別以物理實驗和計算機仿真驗證了控制系統(tǒng)設(shè)計和轉(zhuǎn)矩脈動抑制方案的有效性。全文詳細地介紹了BLDC的常用驅(qū)動拓撲結(jié)構(gòu)及導通方式,分析了120°導通方式下使用選擇性電流采樣方式與其他電流采樣方式時的區(qū)別。對于中低精度的BLDC,霍爾傳感器的實際安裝位置往往與其理想安裝位置間存在偏差,因此本文結(jié)合了BLDC無位置傳感器控制中的反電動勢過零檢測方案與精確的光電碼盤位置信號,修正了霍爾傳感器安裝位置偏差帶來的影響。從電機模型出發(fā),設(shè)計了BLDC的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),并討論了控制器的離散化。針對BLDC的轉(zhuǎn)矩脈動問題,探討了離散空間矢量調(diào)制策略與傳統(tǒng)的120°導通方式的共性與區(qū)別,從持續(xù)導通相電壓是否發(fā)生突變的角度分析了換相轉(zhuǎn)矩脈動產(chǎn)生的原因。理論分析表明,在低速且有一定負載的情況下,可以直接使用離散空間矢量調(diào)制代替120°導通方式,并獲得良好的轉(zhuǎn)矩脈動抑制效果;在中高速時,必須實時控制非導通相電流使之為0。為了發(fā)揮離散空間矢量調(diào)制的轉(zhuǎn)矩脈動抑制優(yōu)勢,本文提出了一種簡單易行的相電阻壓降補償方法,在一定程度上降低了換相轉(zhuǎn)矩脈動。仿真結(jié)果驗證了該方案的有效性。最后,將BLDC雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)應用在了無人艇船舵控制上,設(shè)計了包含三個微處理器的主控制器。實驗結(jié)果和現(xiàn)場測試表明,設(shè)計的BLDC雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)性能良好,滿足設(shè)計要求。另外,為了便于調(diào)試與監(jiān)控,以及兼顧后續(xù)的船體模型參數(shù)辨識、控制算法設(shè)計與驗證等工作,搭建了基于MATLAB的調(diào)試與監(jiān)控平臺。
【關(guān)鍵詞】：無人艇 無刷直流電機 控制系統(tǒng)設(shè)計 轉(zhuǎn)矩脈動抑制
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U664.82;TM33
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 課題背景介紹9-10
• 1.2 選題依據(jù)與意義10-11
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.4 本文內(nèi)容安排15-17
• 2 無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計17-34
• 2.1 BLDC的模型及其控制17-24
• 2.2 電流環(huán)設(shè)計24-27
• 2.3 速度環(huán)設(shè)計27-30
• 2.4 控制器離散化30-34
• 3 基于離散空間矢量調(diào)制的BLDC轉(zhuǎn)矩脈動抑制34-50
• 3.1 BLDC雙閉環(huán)控制系統(tǒng)及仿真模型34-35
• 3.2 120°導通方式與離散空間矢量調(diào)制方式的對比35-39
• 3.3 轉(zhuǎn)矩脈動抑制39-46
• 3.4 仿真結(jié)果與分析46-50
• 4 BLDC調(diào)速系統(tǒng)在無人艇上的應用50-61
• 4.1 無人艇動力系統(tǒng)簡介50
• 4.2 控制系統(tǒng)平臺及接50-52
• 4.3 BLDC控制系統(tǒng)實現(xiàn)52-59
• 4.4 船舵控制系統(tǒng)的調(diào)試與監(jiān)控平臺59-61
• 5 總結(jié)與展望61-65
• 5.1 全文總結(jié)61-63
• 5.2 后續(xù)工作及展望63-65
• 致謝65-66
• 參考文獻66-71
• 附錄 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文71

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1 邱建琪,史涔n，

本文編號：880896