永磁无刷直流电机控制系统的研究

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永磁无刷直流电机具有机械特性好、启动转矩大、过载能力强、控制简单等优点,其广泛应用于国防、工业生产、家用电器等领域。我国藏有丰富的稀土资源,因此大力发展永磁无刷直流电机具有很大的优势,但永磁无刷直流电机的转矩脉动问题极大的限制了它的应用和发展。因此,研发高性能的永磁无刷直流电机控制系统具有现实的经济效益和社会效益。本文首先阐述了永磁无刷直流电机的国内外研究现状和研究意义,提出了六相不对称永磁无刷直流电机的概念。所谓六相不对称永磁无刷直流电机实质是两个三相Y接绕组构成的一个永磁无刷直流电机。介绍了永磁无刷直流电机的基本结构,分析了它的工作原理,并建立了精确的数学模型。针对永磁无刷直流的转矩脉动问题进行分析,将永磁无刷直流电机的转矩脉动分为两种:一种是非换相转矩脉动,其抑制方法主要是优化电机本体结构;另一种是换相转矩脉动,可以通过改进控制策略来抑制。然后着重针对七种PWM调制方式对转矩脉动的影响进行了定量分析,得出了采用pwm-on-pwm调制方式时换相转矩脉动最小,以及不导通相在非换相期间不续流的结论。之后利用Matlab/Simulink软件搭建了六相不对称永磁无刷直流电机的模型,设计了转速电流双闭环控制系统,并进行了仿真研究。经分析可知该控制系统可以较好的抑制电机在低速区的转矩脉动且具有较好的快速性和稳定性。为了验证控制系统的可行性,本课题以TMS320F28335 DSP为控制核心,设计并制作了六相不对称永磁无刷直流电机控制器的软硬件系统。在此基础上,对转速电流双闭环控制系进行了实验研究。实验结果验证了设计的六相不对称永磁无刷直流电机控制系统方案的有效性和可行性。
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