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无刷直流电机(BLDCM)是随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论及新型永磁材料等技术的发展而迅速成熟起来的一种新型电机,其具有转矩大、体积小、结构简单、可靠性高的突出优点,因而在工业自动化中有着广泛的应用。随着数控机床、工业机器人、自动化机械手臂、计算机及其外围设备等高科技产品的兴起和应用,国外从八十年代初开始研究盘式无刷直流电机,并取得了一定程度的应用。而在这之中,无铁心结构的盘式电机更是20世纪末才被日本科学家提出,无铁心盘式电机作为一个新兴技术产品,具有体积小、结构紧凑、功率密度大、低速大转矩等诸多优点,使得其越来越受到人们的重视。
本文在有一台实际样机的条件下,试图建立轴向磁场无铁心无刷直流电机本体模型。为了达到这个目地,本文首先分析了轴向磁场无铁心无刷直流电机本体结构的基本特点,并从中推导出了一些有意义的结论。在此基础上,从定位力矩、绕组特点、磁路特点三个角度对轴向磁场无铁心无刷直流电机进行了详细的分析研究,并提出了换相电感小、电机实际反电势波形这两个影响转矩脉动的主要因素。而后,通过构建传统无刷直流电机理想模型,并注入轴向磁场无铁心无刷直流电机主要特性的方法,构建了代表轴向磁场无铁心无刷直流电机主要特点的电机模型。
为了验证模型的正确性,本文以该模型为基础,在simulink中构建了双闭环控制系统,并用无刷直流电机常用的7种调制方法、电流滞环控制法进行仿真控制,均不能达到满意效果。在一定分析研究的基础上,本文提出适合此种电机的两种控制方法:基于BUCK变换的双闭环控制和锁相环控制技术。通过仿真验证了在BUCK变换控制下,能够得到较好的控制效果。