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无刷直流电机由于输出转矩大,具有良好的静、动态调速性能等优点而被广泛地应用于工业自动化、汽车及航空航天等领域。但电磁转矩波动是无刷直流电机固有的特性之一,它一直制约着无刷直流电机在控制性能要求较高领域的应用,因此对转矩波动的研究备受广大科研工作者的关注,如何合理而有效地控制电磁转矩波动是提高无刷直流电机控制系统性能的关键所在。本文正是基于这样的背景下,针对电磁转矩波动采用的控制策略进行了深入的分析和研究。
首先,本文就无刷直流电机的发展进程和应用领域进行了简要的介绍,阐述了影响无刷直流电机电磁转矩波动的因素及其采取的控制策略的研究进展状况;接着介绍无刷直流电机的组成结构特点、工作原理,详细分析并且建立了无刷直流电机的数学模型,为研究转矩波动作了相应的理论准备。
其次,为实现对无刷直流电机电磁转矩波动的控制,本文从理想反电动势无刷直流电机和非理想反电动势无刷直流电机两种情况下入手,讨论了影响电磁转矩波动的因素,并采用相对的控制策略来控制电磁转矩波动。在理想反电动势方波无刷直流电机换相过程期间下,详细分析了电流变化对电磁转矩波动的影响,即换相过程中开通相电流和关断相电流的变化不一致产生转矩波动,同时分析采取不同PWM调制策略对转矩波动大小的影响,表明采用PWM_ON调制策略对电磁转矩波动的影响最小,以及通过调节不同的占空比可以减少转矩波动;在非理想反电动势的情况下,推导出非理想反电动势波形下电磁转矩数学方程式,得出在反电动势波形平顶宽度小于120°的情况下,即使在给定的理想激励电流下,反电动势平顶波形的宽度对电磁转矩影响还是比较明显,随着平顶宽度的减小,转矩波动变大,因此分析采用提前换相角度来控制电磁转矩波动及其应用局限,进一步提出采用提前换相角与电流控制相结合的控制策略来解决由非理想反电动势造成转短波动的这一问题,达到了减少转矩波动的目的。
最后,本文根据提出的转矩波动控制策略,利用MATLAB仿真软件组建了无刷直流电机的仿真模型,仿真实验结果验证了所提出的转矩波动控制策略的合理性和正确性。