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无刷直流电机(Brushless DC motor,简称BLDCM)是继传统电机之后的一种性能极其卓越的新型电机,已经广泛应用于伺服系统、航空、军事等领域,市场潜力巨大,未来必将发展迅速。但以电流换向、齿槽效应等原因引起的无刷直流电机转矩脉动问题限制了该电机在高精度伺服系统等领域的应用。抑制转矩脉动,提升控制系统综合性能是保证无刷直流电机具备较高动、静态性能和扩大应用场合的关键所在。本文以BLDCM为控制对象,在对其工作原理和数学模型的分析基础上,分析了直接转矩控制(Direct Torque Control,DTC)策略及其优缺点。为了改善传统DTC具有转矩脉动较高,系统稳定性偏差和低速运行时电机难以精准控制等问题,提出了一种基于滑模控制的DTC方法,该方法采用基于超扭曲算法(super-twisting)的滑模控制器代替原有的转矩、磁链滞环控制器,优化了磁链、转矩脉动,利用空间矢量调制技术代替原有的开关表,不仅实现了对控制系统开关频率的优化,还提高了直流母线电压利用率,并使控制系统更易于硬件电路实现。基于李雅普诺夫原理分析了滑模控制器的稳定性,稳定性和鲁棒性分析表明系统稳定性良好并具有一定的抗干扰能力。分别搭建了传统DTC算法和滑模控制DTC算法Simulink仿真模型,对比分析结果表明:采用基于滑模控制的DTC算法实现了对控制精度的提高,抑制了无刷直流电机的转矩脉动,解决了电机低速运转时难以控制的问题,开关频率恒定,转速超调量明显小于传统DTC,电机运行具有更好的鲁棒性和稳定性。完成了以STM32F103芯片为控制核心的包括驱动电路、电压检测、电流检测、保护电路等硬件电路设计,为了解决传统上位机繁杂、沉重不利于携带的问题,设计了基于DGUS触摸屏的人机交互界面和通讯系统。编写了无刷直流电机基于滑模控制的DTC算法软件程序,程序编写简洁便于硬件实现。详细分析了初始化子程序、电机启动子程序、转子位置检测子程序、基于滑模控制的DTC算法子程序等程序。搭建了实验测试系统,分别进行了空载和负载实验。电机负载转矩为0.16N·m时,转矩脉动约为0.02N·m,电流脉动约为0.07A。整个控制系统实现了对无刷直流电机的人机交互的一体化高效控制。实验结果表明:基于滑模控制DTC算法有效提高了电机综合性能,电机具有较好的动态响应能力,系统的电流、转矩脉动得到了有效抑制,电机运行稳定,噪音降低。为以后基于DTC算法的转矩脉动问题继续深入研究提供了理论和数据支持,整个控制系统具有较好的实用价值。