Analysis of Torque Ripple of Permanent Magnet Brushless DC Motor

Torque tripple has significant effect on performance of permanent magnet brushless DC motor. This paper presents a mathematical model built for such a motor, the analysis of torque tripple for a brushless DC motor with sinusoidal flux distribution, which is verified by torque tripple experiments run with a test motor, and equations developed for torque tripple resulting from different sator current errors.

正弦BLDC电动机力矩性能分析

利用Ｐａｒｋ 变换，根据ｄ－ ｑ 坐标系下正弦ＢＬＤＣ电动机的力矩公式，分析了正弦ＢＬＤＣ 电动机的力矩波动，导出了定子三相电流存在直流偏置、幅值误差和相位误差导致的力矩波动成分表达式． 通过实验样机，对有直流偏置、幅值误差和相位误差的电动机定子绕组电流对应的力矩波动情况进行了测试，分析了力矩波动成分与电动机参数的关系． 理论分析与实验结果的对比为正弦ＢＬＤＣ 电动机的力矩波动抑制提供了依据．

改进滑模观测器的BLDCM无模型自适应控制

为了解决传统滑模观测器(SMO)的抖振与相位延迟问题以及传统PI控制动态性能差的问题。首先提出了一种新型的切换函数对传统滑模观测器进行了改进,这种新型的切换函数是用双边界层的思想实现的,并且将改进的滑模观测器运用到无刷直流电机(BLDCM)直接转矩控制系统中,实现了无刷直流电机无位置传感器控制,其次将全格式线性化无模型自适应控制(MFAC)算法应用于无刷直流电机调速控制器的设计中。仿真结果表明,改进的滑模观测器的反电动势观测误差比传统滑模观测器小了4%左右,并且无模型自适应控制的动态性能要优于传统PI控制。改进的滑模观测器能够准确地估计无刷直流电机的反电动势,有效地削弱抖振,无需额外增加低通滤波器,简化了系统结构。无模型自适应控制算法提高了系统的鲁棒性、稳定性和快速性。

基于无模型预测控制的无刷直流电机换相转矩波动抑制策略

无刷直流电机工作时产生的换相转矩波动严重影响着其在高精度伺服系统中的应用。本文将无模型控制中的泛模型思想与预测控制相结合,提出一种无模型预测控制方法来抑制无刷直流电机换相时的转矩波动。通过推导无刷直流电机控制系统的泛模型的表达式,将泛模型作为预测模型,通过价值函数选择最优的开关状态,保持非换相相电流值恒定。实验结果证明,该方法能有效抑制电机在额定转速以下的高、低速情况下的换相转矩波动,控制过程中不需要精确的电机参数,算法简单,易于实现。

基于无刷直流电机的风力机转矩模拟

针对风力发电技术的研究受到自然条件制约的问题,该文提出了一种新的利用无刷直流电机来代替风力机的模拟方案,通过控制无刷电机直流侧电流的方式实现转矩控制,电流环采用径向基函数神经网络与PI调节相结合的控制策略。利用Matlab/Simulink建立系统仿真模型,并搭建了基于DSP控制的无刷直流电机+永磁发电机的硬件平台,仿真和试验结果都与理论转矩相吻合,并有效降低了无刷电机的转矩脉动。该方法控制简单、精度高,为实际模拟系统的设计提供了一种新的思路。

基于反电势形状函数法的无刷直流电动机直接转矩控制

采用两相导通模式时通过逆变器开关状态不能确定电压空间矢量,现有方案是通过实时测量3个相电压来解决这一问题,但系统变得复杂;此外现有方案在转矩观测中包含的微分项会降低控制精度,增大计算量,影响系统实时性。针对这两点不足,提出反电势形状函数法,在软件中实现了相电压的实时计算,使转矩观测变得简洁,更易于工程实用。最后给出的仿真与实验结果证明了反电势形状函数法用于无刷直流电机直接转矩控制中的可行性与有效性。

无刷直流电机无磁链观测直接转矩控制

根据无刷直流电机的特点,在其直接转矩控制中,可以省去磁链观测环节。分析了无磁链观测条件下无刷直流电机电压矢量和电机转矩之间的关系,根据二者之间的关系得到最优电压矢量的选择依据,选择最优电压矢量直接控制转矩。根据无磁链观测条件下电机转矩和电流的关系,通过对转矩的控制实现对电流的限制。仿真和实验验证了最优电压矢量选择依据的正确性和电流限制方法的有效性,实现了无磁链观测条件下电机转矩的直接控制,为提高无刷直流电机直接转矩控制系统的性能提供了理论依据。

无刷直流力矩电动机系统传函的精确描述

本文介绍无刷直流力矩电动机系统结构与运行原理；采用Ｐａｒｋ变换建立了无刷直流力矩电动机系统的动态数学模型；通过频域分析，推出精确描述无刷直流力矩电动机系统特性的传递函数；讨论了无刷直流力矩电动机系统参数对整个控制系统的影响。

无刷直流电机转矩脉动抑制新方法

转矩脉动是影响无刷直流电机在高精度伺服系统中应用的主要原因。提出了一种基于α-β变换和Lyapunov函数的转矩脉动抑制直接功率控制方法。该方法在α-β坐标系下通过功率控制优化了电磁有功功率和电磁无功功率。在分析了反电势波形及其与霍耳位置传感器间关系的基础上,给出了在线计算反电势的方法。通过仿真验证了所述方法的正确性。

基于有限状态模型预测控制的无刷直流电机转矩脉动抑制方法

为抑制无刷直流电机换相过程中产生的转矩脉动,提出一种有限状态模型预测控制的换相转矩脉动抑制策略。根据电机数学模型,从电流角度分析换相转矩脉动产生的原因。建立无刷直流电机非换相相电流预测模型,分析换相阶段电机在低速与高速下不同开关状态的非换相相电流变化,通过反馈校正和价值函数选择适当的开关状态,使非换相相电流保持恒定,达到抑制换相转矩脉动的目的。该方法在全转速范围内均可有效抑制换相转矩脉动,并通过选取有限状态降低预测控制的计算量。仿真和实验结果表明:与传统双闭环PI控制方法相比,采用有限状态模型预测控制可以有效抑制无刷直流电机换相转矩脉动。

基于霍尔位置信号的无刷直流电机直接转矩控制

深入分析了无刷直流电机直接转矩控制技术的特殊性,指出3个关键点:一是导通相电压矢量是改变电磁转矩的关键物理量;二是全关断电压矢量可以作为所有导通相电压矢量的公共反矢量;三是可以省去磁链环,采用转矩单环控制。依据上述3点建立了无刷直流电机直接转矩控制的最优导通相电压矢量选择表。分析了根据霍尔位置信号进行转子磁场扇区划分的方法,提出了根据相电流形状函数和霍尔位置信号关系进行转矩观测的方法,解决了使用简单价廉的霍尔位置传感器的无刷直流电机直接转矩控制系统的实现问题。实验结果表明基于霍尔位置信号的无刷直流电机直接转矩控制系统静、动态性能优良。

数字随动系统中嵌入式微控制器的设计

针对计算机控制系统及电力传动控制系统等课程教学的实际需要以及工科学生实践能力的培养,在SKJ-II型数字随动系统平台上开发了嵌入式控制器,以代替传统的台式计算机、输入输出接口卡及控制软件;建立了SKJ-II型数字随动系统平台的数学模型,其中包括电控箱、直流力矩电机、测速发电机、光电编码器的模型,并且介绍了数字位置随动系统的动态结构框图的简化,经过合理选择ACR和ASR调节器,可以得到双闭环直流调速系统可以近似为一阶比例惯性系统,为便于教学,设计了基于串行通信的PC机大屏幕显示方式,实现了波形显示及给定轮、反馈轮的形态学显示。教学实践结果表明,该设计开发不仅增强了学生对理论知识的掌握,而且能提高学生的理论联系实际能力。

车用小型无刷直流电机转速控制系统设计

针对车用小型无刷直流电机转速控制过程中存在超调量大、转矩波动大和调速不平滑等问题,采用STM32F103C8T6单片机作为无刷直流电机的控制核心,并利用PID修正算法实现了车用小型直流无刷电机的转速控制。为了增大无刷直流电机的调速范围、减小系统静差率,采用校正后的PID算法控制无刷直流电机的转速,其特点是原理简单、调速控制方便、性能稳定。通过仿真和实验验证表明,采用PID校正后,电机抗干扰和动态控制能力大幅提升,系统的稳态精度高,跟随性强,超调量小,非常适合在负载突变频繁的环境中工作。

单相无刷直流电机的设计分析与建模仿真

文中针对单相无刷直流电机结构设计及驱动方式展开研究,推导出电机理想工况下的基本方程,根据工程实际需求并结合无刷直流电机的设计原则确定该电机的设计方案。利用设计方案设计一台额定功率38 W,额定转速750 rpm的单相无刷直流电机,并分析了渐变气隙对电机起动性能和齿槽转矩的影响,确定了最优气隙长度。通过对比单极性绕组和双极性绕组形式的优缺点确定绕组形式,结合传统电机设计公式确定绕组匝数。文中利用有限元法初步验证了设计方案的合理性。根据电机动态数学模型在Simulink环境中搭建了电机系统的模型,仿真得到电机的转速、转矩变化曲线,结果与理论分析吻合良好,验证了电机设计方案的合理性和电机模型的有效性。

一种无刷直流电机模型预测占空比补偿量控制算法

为了抑制无刷直流电机的换相转矩脉动,提出了一种模型预测占空比补偿量控制算法。介绍一种混合补偿机制,以换相区中关断相受控管和导通相、非换相相中的受控上管为控制对象,对其驱动占空比进行补偿。基于换相总过程中与换相开始时电磁转矩的偏差,构造换相转矩脉动价值函数,以其最小为目标,求解出无换相转矩脉动的约束条件。进行占空比补偿量自适应预测,即根据换相电路模型建立电流微分方程,结合无换相转矩脉动约束条件,预测出占空比补偿量之间的关系式,并引入自适应调整因子对占空比补偿值进行自适应分配。实验验证了该算法的有效性。