基于十二拍控制模式的無刷直流電機速度控制策略研究.pdf

1、由于充磁和設(shè)計等原因工業(yè)中常用無刷直流電機的反電勢非理想梯形波,而是接近于正弦波,采用六拍控制模式時電機的轉(zhuǎn)矩脈動比較大,因而,研究如何抑制電流諧波成分及降低轉(zhuǎn)矩脈動具有重要意義。此外,無刷直流電機在高速運行時會出現(xiàn)電流滯后于反電勢的問題,采用傳統(tǒng)的PID控制器無法保證電機在較寬的轉(zhuǎn)速運行范圍內(nèi)均具有良好的性能,故研究無刷直流電機的超前角控制及自適應(yīng)PID控制對保證電機在較寬的轉(zhuǎn)速運行范圍內(nèi)的良好的控制性能具有重要的意義。
　　本

2、文首先在介紹十二拍控制模式的工作原理的基礎(chǔ)上,采用傅里葉級數(shù)分解的方法對比分析了六拍控制模式與十二拍控制模式下的相電壓與相電流的諧波成分,并以反電勢為近似正弦波的無刷直流電機為例,采用S函數(shù)搭建了系統(tǒng)的仿真模型,對兩種控制模式下電流諧波和轉(zhuǎn)矩脈動進(jìn)行了仿真分析,仿真結(jié)果表明與六拍控制模式相比,十二拍控制模式能夠有效抑制電流諧波,降低轉(zhuǎn)矩脈動。
　　其次,針對電機在高速運行時相電流基波滯后于相反電勢基波的問題,研究了超前角的控制策略

3、。在分析超前角控制工作原理的基礎(chǔ)上,闡述了最優(yōu)超前角的計算方法,并改進(jìn)了系統(tǒng)仿真模型,仿真結(jié)果驗證了超前角控制策略的可行性。為提升系統(tǒng)控制精度和采用旋轉(zhuǎn)變壓器作為轉(zhuǎn)子位置傳感器的系統(tǒng)的可靠性,對基于小波變換的噪聲抑制和故障診斷算法進(jìn)行了研究,仿真結(jié)果表明,選用db3小波能夠有效抑制噪聲和提取故障信息。
　　第三,對六拍控制模式和十二拍控制模式下系統(tǒng)的損耗進(jìn)行了對比分析。功率管開關(guān)控制信號均采用PWM_ON的調(diào)制方式生成,從理論上對

4、比分析了兩種控制模式下的通態(tài)損耗和開關(guān)損耗,電機本體損耗分析采用有限元仿真的方法,分析結(jié)果顯示,兩種控制模式下控制系統(tǒng)的損耗基本相等,然而,與六拍控制模式相比,十二拍控制模式能夠有效降低電機本體損耗,從而提升了系統(tǒng)的效率。此外,采用最優(yōu)超前角控制策略時能夠進(jìn)一步提升系統(tǒng)的效率。
　　第四,為了保證電機在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能具有良好的動態(tài)性能和靜態(tài)性能,尤其對于轉(zhuǎn)速和負(fù)載突變的運行工況,研究了模糊自適應(yīng)PID控制策略。通過選取合適的

5、模糊化與去模糊方法、隸屬函數(shù)、模糊推理方法和模糊控制規(guī)則,完成了模糊自適應(yīng)PID參數(shù)調(diào)整模塊的設(shè)計。仿真結(jié)果表明,模糊自適應(yīng)PID控制策略能夠保證電機在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)具有良好的性能。
　　最后,設(shè)計并實現(xiàn)了基于DSP的全數(shù)字無刷直流電機控制系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)主要由DSP及外圍電路、CPLD故障檢測及保護(hù)電路、信號調(diào)理電路及IPM驅(qū)動電路組成。軟件設(shè)計了十二拍控制模式的算法與超前角控制算法,對相關(guān)的控制策略進(jìn)行了實驗研究,實驗結(jié)果驗證