六相无刷直流电机控制系统的研究

• 作 者: 黄超杰
• 出 处: 东北大学
• 发表日期: 2015年01期
• 关键词: 无刷直流电机 双闭环控制系统 转矩波动抑制 TMS320F28335DSP

无刷直流电机使用电子换相技术替换传统直流电机的电刷换向,保留了直流电机优越的性能,如启动转矩大、调速响应快等特点,同时也具有交流电机构造简便、方便维护和运行牢靠等优点,并且转子使用永磁材料励磁没有励磁损耗。随着对新型永磁材料与电子技术深入快速的研究发展,使得无刷直流电机在国民经济中的生产应用得到了极大的提升。目前已普遍用于军工装备、航空航天、游乐设施、电动汽车等许多领域。因此,高性能无刷直流电机控制系统的研究与开发具有很好的经济与社会效益。本文首先叙述了无刷直流电机的国内外研究现状与意义,然后从电机基本结构出发,细致叙述了其工作原理,推导了本文研究对象(六相不对称无刷直流电机)的数学模型,包括电压方程,反电动势方程,电磁转矩和机械运动方程。转矩波动一直是无刷直流电机难以解决的热点之一,本文从反电动势、齿槽效应、电枢反应、电机工艺和电机换相几个方面分析了电机的转矩波动。重点介绍了换相转矩波动,并通过数学公式推导,得出在换相期间,引起换相转矩波动的原因是因为开通相电流上升速率不等于关断相电流下降速率,引起非换相相电流波动,造成转矩波动。对比介绍了六种常见调制方式对换相转矩波动的影响和不导通相在非换相期间的续流情况,选出了一种合适的调制方式——pwm_on_pwm,然后针对电机运行于中低速和高速情况下的换相转矩波动分别提出了相对应的抑制策略:中低速时使用pwm_on_pwm调制方式且非换相相电流使用滞环控制方法,高速时附加重叠换相控制。随后利用仿真软件Matlab/Simulink搭建了六相不对称无刷直流电机的仿真模型,使用转速电流双闭环控制策略,并详细分析了仿真波形,验证了所提抑制策略的正确性。最后,在前文理论和仿真研究的基础之上,使用TMS320F28335DSP芯片作为控制核心,设计并制作了六相不对称无刷直流电机控制器,介绍了控制器的硬件与软件部分以及上位机的设计。建立了控制系统实验平台,且进行了一定的系统调试。结果表明,控制算法和调制方法正确有效。