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随着社会的不断发展,交通工具也在发生日新月异的变化,大量汽车的产生导致二氧化硫以及二氧化碳过量排放,如何解决交通行业所带来的污染问题是当今的热门话题。电动自行车作为中国的一大特色交通工具,因为其使用的是清洁的电能,所以有效地抑制了交通污染问题。永磁无刷直流电机(Permanent magnet brushless DC motor)由于不易损坏,性能优越等特点成为电动自行车的主要电机,但是无刷直流电机(BLDCM)的研究由于起步晚的原因一直落后于发达国家,因此对BLDCM的研究具有重要的意义。针对电动自行车需要稳定爬坡以及在崎岖路面稳定行驶的特点,需要提高BLDCM的以下性能:(1)本体设计上不仅需要满足国家标准,还需要有较宽的恒功率调速以及满足高效率、低损耗的要求;(2)采用新的控制方式代替传统的比例积分控制(PI)和比例积分微分控制(PID),实现精准的速度跟踪性能和强鲁棒性能以应对爬坡时的突增负载问题。本文首先介绍了国内外BLDCM的研究状况,对BLDCM的基础结构进行说明,并构建出BLDCM的数学模型。接着,提出了实用型的目标设计法与传统的设计法相结合的理论对BLDCM的主要参数进行推导,设计出一台三相12/8极的BLDCM。借助有限元分析软件JMAG对电机进行电磁分析与研究,验证设计方法的合理性。最后,针对传统的PI、PID双闭环调速系统无法满足电动自行车行业越来越高的性能要求,设计出分数阶滑模控制器(Fractional Order Sliding Mode Controller)。该控制器不仅利用分数阶微积分(Fractional Order Calculus)的变化缓慢、记忆特性等特点构建出分数阶滑模面,还结合改进型分数阶趋近律进行控制律设计,使整个控制系统具有优秀的速度跟踪和强鲁棒特性。通过MATLAB中的Simulink分别对BLDCM的传统控制方式与分数阶滑模控制方式进行仿真,结果得出后进行对比,验证分数阶滑模控制方式可以使BLDCM控制系统具有强鲁棒性和优越的速度跟踪性能,最后搭建完整的实验平台验证了理论在实物控制中的可行性。