無(wú)刷直流電機(jī)伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、無(wú)刷直流電機(jī)（Brushless Direct Current Motor，簡(jiǎn)稱BLDCM）由于其使用電子換相代替了傳統(tǒng)的機(jī)械換向，使 BLDCM具有運(yùn)行效率高且能量損耗減少、電機(jī)的響應(yīng)能力增強(qiáng)、徹底消除了電機(jī)換相時(shí)火花，同時(shí)保持了直流電機(jī)優(yōu)秀的機(jī)械特性等優(yōu)點(diǎn)。因此在家用電器、智能電動(dòng)車、航空航天、軍事等領(lǐng)域得到了極大地應(yīng)用。當(dāng)然BLDCM在調(diào)速過程中也有一定的缺陷，例如傳統(tǒng)的比例積分微分（Proportion Integral Der

2、ivative，縮寫為PID）控制算法在系統(tǒng)參數(shù)變化時(shí)容易受到外界擾動(dòng)的影響，而基于智能控制算法和非線性控制算法的混合控制方法又過于復(fù)雜，因此本課題對(duì)于BLDCM的調(diào)速系統(tǒng)具有十分重要意義。
　　傳統(tǒng)的BLDCM采用電流-轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，由于實(shí)際的BLDCM反電勢(shì)無(wú)法達(dá)到理想的的梯形波，并且在電流換相時(shí)會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，這些問題使得BLDCM的無(wú)法適應(yīng)高精度的調(diào)速環(huán)境。
　　針對(duì)上述問題，本文設(shè)計(jì)了基于反電勢(shì)觀測(cè)器和滑模觀

3、測(cè)器相結(jié)合的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩雙閉環(huán)控制方法。由于滑模變結(jié)構(gòu)控制方法在控制過程中系統(tǒng)一旦達(dá)到滑模面就很難被外界擾動(dòng)干擾，因此使系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗負(fù)載擾動(dòng)能力；采用滑模觀測(cè)器對(duì)電機(jī)反動(dòng)電勢(shì)實(shí)時(shí)觀測(cè)，計(jì)算得到系統(tǒng)的觀測(cè)電磁轉(zhuǎn)矩，構(gòu)成BLDCM調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制。
　　本文以BLDCM作為研究對(duì)象，首先介紹了數(shù)學(xué)模型和傳統(tǒng)控制方法。然后根據(jù)其數(shù)學(xué)模型基于Matlab/Simulink仿真軟件搭建了BLDCM的仿真模型。之后設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩雙閉

4、環(huán)控制方法，并根據(jù)BLDCM的數(shù)學(xué)模型和滑模變結(jié)構(gòu)控制理論，提出了基于滑模觀測(cè)器對(duì)BLDCM反電勢(shì)的估計(jì)方法。最后根據(jù)觀測(cè)到的反電勢(shì)計(jì)算得到觀測(cè)的系統(tǒng)電磁轉(zhuǎn)矩。基于Matlab/Simulink的仿真結(jié)果表明，反電動(dòng)勢(shì)觀測(cè)器能夠準(zhǔn)確的對(duì)BLDCM的反電勢(shì)進(jìn)行跟蹤；與經(jīng)典的PI控制器相比，轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制具有超調(diào)小，響應(yīng)快，對(duì)外界擾動(dòng)存在更好的抗干擾性等優(yōu)點(diǎn)。
　　最后，在仿真軟件Matlab/Simulink上搭建了基于轉(zhuǎn)速-