【摘 要】
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无刷直流电机凭借着功率密度大、运行效率高、运行可靠等特点,广泛应用于航空航天、汽车、电动工具、医疗器械等诸多领域。相较于传统的矢量控制,模型预测控制可以在满足系统约束的情况下,实现更快的响应速度和较高的稳态性能。为进一步提高控制系统的可靠性,本文将无位置传感器技术与双矢量模型预测控制相结合展开了深入研究。本文的主要内容如下:首先,对无刷直流电机传统的矢量控制策略进行了研究,矢量控制能有效抑制转矩脉
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无刷直流电机凭借着功率密度大、运行效率高、运行可靠等特点,广泛应用于航空航天、汽车、电动工具、医疗器械等诸多领域。相较于传统的矢量控制,模型预测控制可以在满足系统约束的情况下,实现更快的响应速度和较高的稳态性能。为进一步提高控制系统的可靠性,本文将无位置传感器技术与双矢量模型预测控制相结合展开了深入研究。本文的主要内容如下:首先,对无刷直流电机传统的矢量控制策略进行了研究,矢量控制能有效抑制转矩脉动的同时,具有转矩波动小、运行效率高、无噪声污染等特点,但也存在系统结构复杂,参数调节困难等缺陷。本文以表贴式无刷直流电机为研究对象,采用直轴电流id=0的控制策略,基于DSP28335控制器搭建了实验平台进行实验,为后续控制策略的研究奠定了理论与实验基础。其次,针对传统的矢量控制多个PI控制器级联,难以确保在宽调速、宽载荷条件下参数的选择范围,参数调节困难等问题,对无刷直流电机模型预测控制展开深入研究。由于在传统的单矢量模型预测控制中,任意采样周期只存在单个有效电压矢量作用,虽然控制简单,且动态响应快,但依然存在较大控制误差。为进一步提升系统控制精度,本文着重研究了星形双矢量模型预测控制和正交分解双矢量模型预测控制策略,其特征在于利用电压矢量作用时间与幅值可调,有效增加了电压矢量的选择范围。该系列方法不仅具有快速动态响应能力,而且其控制精度可与矢量控制相媲美。仿真和实验结果验证了该系列方法的有效性。最后,为进一步提升控制系统的可靠性,研究了一种基于滑模观测器的无位置传感器双矢量模型预测控制算法。考虑到滑模观测器中存在固有抖振问题,着重对滑模观测器中的切换函数进行了研究,分析对比了四种切换函数（符号函数、饱和函数、sigmoid函数、新型切换函数）的趋近律与收敛效果。研究表明具有可变趋近律的sigmoid函数与新型切换函数比符号函数与饱和函数抑制抖振效果更佳。实验结果验证了该方法的可行性。
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