基于Buck-Boost变换器的无刷直流电机转矩脉动抑制的仿真研究

论文摘要

永磁无刷直流电机由于既有直流电机的运行效率高、无励磁损耗、调速性能好等优点,又有交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点,因此得到了广泛地应用。然而,转矩脉动的问题却影响着它在高性能要求的伺服系统中的应用,所以转矩脉动抑制的问题的研究具有很大的实际意义。首先,本文研究了无刷直流电机的原理,重点围绕无刷直流电机的转矩脉动问题进行分析与讨论,详细分析了转矩脉动的产生机理以及相应的抑制、削弱方法。提出了在无刷直流电机的三相逆变桥的输入端加前级Buck-Boost变换器,通过直流母线电流的反馈闭环控制来抑制电机的转矩脉动的策略。该方法在理论上彻底地消除了无刷直流电机在传导区内的转矩脉动,并使得在瞬间换向区间的电流上升相与电流下降相的电流斜率相平衡,从而有效的削弱了换向期间的转矩脉动。其次,在仔细研究了Buck-Boost直流变换器原理的基础上,对变换器的控制方法进行了比较,提出了多环控制的方法,提升了变换器的综合性能。并通过MATLAB仿真验证了多环控制方式的有效性,为将其与无刷直流电机相结合奠定了基础。再次,本文分析了传统的PWM控制方式,指出了它们分别在传导区与换向区对无刷直流电机转矩脉动所造成的影响,通过数学公式的推导,指出了可以通过电路拓扑结构使转矩脉动得到抑制的方法。最后,在分析无刷直流电机数学模型的基础上,运用MATLAB/SIMULINK对无刷直流电机进行仿真。建立了电机本体模块、电流控制器模块、霍尔信号生成模块、逆变模块。通过仿真结果,证明了该方法的有效性,为实际无刷直流电机的控制提供了新的思路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无刷直流电机概述
• 1.2 无刷直流电机的基本结构与工作原理
• 1.3 无刷直流电动机常见的问题及研究现状
• 1.4 计算机仿真简介
• 1.5 本文的研究背景、意义及所解决的问题
• 本章小结
• 第二章 无刷直流电机转矩脉动的分析与研究
• 2.1 无刷直流电机的数学模型
• 2.2 无刷直流电机的转矩脉动机理分析
• 2.2.1 电磁因素引起的转矩脉动
• 2.2.2 齿槽引起的转矩脉动
• 2.2.3 电枢反应和机械加工引起的转矩脉动
• 2.2.4 电流换向引起的转矩脉动
• 2.3 基于 Buck-Boost 直流变换器的无刷直流电机转矩脉动抑制方法的提出
• 本章小结
• 第三章 Buck-Boost 直流变换器的原理及仿真研究
• 3.1 直流变换器的分类
• 3.2 双向直流变换器的发展现状与发展
• 3.3 Buck-Boost 直流变换器的原理
• 3.3.1 Buck-Boost 直流变换器主电路
• 3.3.2 电感电流连续工作原理和基本关系
• 3.3.3 临界电感电流连续边界
• 3.3.4 电感电流断续工作时的基本关系
• 3.3.5 Buck-Boost 变换器的设计关系
• 3.4 Buck-Boost 变换器的空间状态模型的建立
• 3.5 Buck-Boost 直流变换器的 MATLAB 模型的建立
• 3.6 Buck-Boost 直流变换器的多环控制方法
• 3.6.1 传统的控制方法
• 3.6.2 Buck-Boost 直流变换器多环控制方法的提出
• 3.7 Buck-Boost 直流变换器多环控制仿真及仿真结果
• 本章小结
• 第四章 基于 Buck-Boost 变换器的无刷直流电机转矩脉动抑制的仿真
• 4.1 PWM 调制方式分类
• 4.2 PWM-ON 引起的转矩脉动
• 4.2.1 无刷直流电机的数学模型
• 4.2.2 PWM-ON 调制方法在传导区转矩脉动分析
• 4.2.3 PWM-ON 调制方式换向转矩脉动分析
• 4.3 基于 Buck-Boost 变换器控制方案分析及理论效果
• 4.4 基于MATLAB/SIMULINK 的无刷直流电动机系统模型的建立
• 4.5 仿真及结果分析
• 本章小结
• 结论及研究展望
• 1、结论
• 2、展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢