非理想反电动势下无刷直流电机转矩脉动抑制策略

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随着电力电子技术的进步、永磁材料的发展以及先进控制理论的引入,无刷直流电机在航空航天、新能源汽车、家用电器等场合得到了广泛应用。但由于无刷直流电机传统的换相策略以及非理想反电动势的影响,其输出转矩表现出明显的脉动,限制了在精度和可靠性要求较高场合的应用。分析表明,在无刷直流电机传统两相导通模式中非理想反电动势导致电流出现了稳态交流分量,加剧了电机转矩脉动问题。因此,本文采用电流畸变系数定性衡量电机特征,针对两种情况采用不同的控制策略抑制转矩脉动。电流畸变系数较小的电机,换相转矩脉动仍然是主要因素。针对此问题,结合非理想反电动势特性,在PWM_ON调制策略的基础上,在高速区对开通相和关断相同时调制,以换相时间最短为目标,建立了占空比间的约束关系,并通过图解方法获得了各相占空比,考虑到换相期间反电动势非恒定值,而电机高速运行区换相时间较长,进一步对图解法得到的占空比进行了改进。仿真结果表明该策略使开通相电流导通速率与关断相电流衰减速率一致,即使在换相期间反电动势发生变化,仍能实现对换相转矩脉动的抑制。电流畸变系数较大、非理想反电动势存在较高幅值高次谐波的电机,导通区的转矩也将产生波动。针对此情况,通过建立电磁转矩谐波表达式,以抑制主要谐波转矩为目的,获得了参考电流与反电动势各阶谐波的关系。随后,建立滑模观测器得到反电动势观测值,并利用单峰谱线插值算法实现了反电动势谐波分量的准确提取,克服了谐波泄露问题。由于参考电流包含正弦分量,为此建立了基于比例谐振控制的电流控制器,实现电机电流对参考电流的准确跟踪。论文对控制策略进行了仿真分析,并以TMS320F28335为核心搭建了硬件实验平台进行了实验研究,结果验证了所提谐波转矩抑制策略的有效性。最后总结了本文的研究工作,对非理想反电动势无刷直流电机转矩脉动的后续研究进行了展望。
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