【摘 要】
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在无刷直流电机（Brushless DC Motor,BLDCM）控制策略中,传统PI控制策略动态性能较差、参数设定繁杂,无法满足更高性能的控制需求。在常用的三相六状态120°导通模式下PWM调制方式的电机绕组利用率低,且无法避免由于换相带来的转矩脉动等固有问题。为此,本文开展了有关电机调速系统控制策略的深入研究并进一步优化了PWM调制方式,以解决上述问题。首先结合国内外研究,总结和对比了常见的无
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在无刷直流电机（Brushless DC Motor,BLDCM）控制策略中,传统PI控制策略动态性能较差、参数设定繁杂,无法满足更高性能的控制需求。在常用的三相六状态120°导通模式下PWM调制方式的电机绕组利用率低,且无法避免由于换相带来的转矩脉动等固有问题。为此,本文开展了有关电机调速系统控制策略的深入研究并进一步优化了PWM调制方式,以解决上述问题。首先结合国内外研究,总结和对比了常见的无位置传感器控制算法在不同应用场景中的适用性和优缺点。接下来,阐明了电机基本结构和数学模型,并以120°导通模式下的三相桥式Y接无刷直流电机为例,对无位置传感器控制下的BLDCM转子定位问题及反电动势检测方法进行了分析。以此为基础,开展了模型预测控制策略以及基于180°导通模型下的无位置传感器控制策略的研究、仿真和实验。本文主要工作及创新点如下:（1）提出了一种可代替双闭环PI控制的模型预测控制算法。通过设计预测参考值及预测值计算方法、构建同时包含转速及电流的价值函数,并优化价值函数比较方式的策略,减小了模型预测控制器的计算量,充分缩短了采样周期,同时使基于模型预测控制的BLDCM获得更快的转速响应及更优的电机稳定性。（2）提出了一种基于PWM调制优化的BLDCM无位置传感器控制算法。利用电机端电压与逆变器输出完全相同的特性,得到转子所在不同区域下的端电压数值,并根据BLDCM的数学模型公式推导出了相电流函数,分析了该函数与功率管开关序列的具体关系,通过计算换相扇区相电流构成的电流函数值与母线电压之间的关系,得出BLDCM在180°导通换相驱动下的换相条件。（3）借助MATLAB/Simulink平台,完成了包含BLDCM控制算法模块、PWM控制模块、BLDCM本体模块等在内的系统模型的搭建,并将180度导通换相和模型预测控制分别与传统控制方法进行了对比仿真分析。同时搭建了控制系统实验平台进行验证,通过对比分析系统在不同导通模式或不同调速策略下的实验结果,验证了本文所提算法的可行性。
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