隨著現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展和永磁材料性能的不斷提高，無刷直流電動機系統(tǒng)在高性能運動控制領域越來越受到重視。無刷直流電動機系統(tǒng)具有功率密度大、響應速度快、控制靈活方便、使用安全可靠等突出優(yōu)點，并且本身沒有機械結構的電刷換向器裝置，不存在電火花及相應的電磁干擾，因而，更適合應用于一些特殊應用場合，如武器系統(tǒng)、航空航天、精密機械、機器人傳動以及車輛、船舶和水下航行器的驅(qū)動。然而，無刷直流電動機具有較大的轉矩脈動，而對于這些應用場合，轉矩平滑通常是基本要求。因此，對無刷直流電動機的應用，必須考慮其轉矩脈動的抑制問題。 本文從無刷直流電動機及其控制系統(tǒng)的基本結構出發(fā)，對轉矩脈動及其補償方法進行了較為細致的分析。針對不同情況，通過改進電機的控制系統(tǒng)，提出了多種補償轉矩脈動的控制方法。主要內(nèi)容如下： 1、基于定子磁鏈方程，建立了正弦波無刷直流電動機的一般數(shù)學模型。經(jīng)坐標變換，得出在靜止兩相(α-β)坐標系和旋轉兩相(d-q)坐標系下正弦波無刷直流電動機電壓方程和轉矩方程。 2、分析了正弦波無刷直流電動機i_d=0矢量控制系統(tǒng)的工作原理，介紹了無刷直流電動機轉矩控制的基本概念。經(jīng)對無刷直流電動機系統(tǒng)進行分析，推導并建立了i_d=0控制時整個電機系統(tǒng)的數(shù)學模型。 3、對造成轉矩脈動的主要成分轉矩紋波進行諧波分析，得出在一般假設情況下，無刷直流電動機系統(tǒng)的轉矩紋波由電磁轉矩的±6n次諧波造成的結論。并進行了仿真驗證。 4、對系統(tǒng)相電流存在直流偏差和波形、相位偏差時的電磁轉矩進行了研究，得出以下結論：相電流直流偏差會產(chǎn)生與基波頻率一致的轉矩脈動；相電流基波幅值的偏差會導致2倍基波頻率的轉矩脈動；相電流ⅴ次諧波會導致(ⅴ±1)次諧波轉矩。通過實驗仿真驗證了上述推導結果的正確。 5、分析研究了轉矩脈動補償?shù)幕驹?，得出結論：在定子相電流中加入一定頻率、幅值和相位的諧波電流就能消除某一轉矩諧波。消除轉矩脈動可以通過對定子電流加入諧波的方式完成。分析了諧波加入法消除轉矩脈動的原理和 摘要 不足。 6、建立了考慮轉子磁鏈諧波影響的正弦波無刷直流電機的數(shù)學模型?；谀Ｐ?參考自適應控制原理，設計了一種轉矩脈動自適應控制系統(tǒng)。討論了自適應 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。研究了系統(tǒng)的控制性能。討論了在不同轉速下，系統(tǒng)對 轉矩脈動的控制效果。利用Matlab/simulink建立仿真模型，對控制性能進行 了驗證。 7、為避免對電機轉子磁鏈進行傅里葉諧波分析，根據(jù)卡爾曼濾波器原理，設計 了一種電機磁鏈估計器，在(a一刀)坐標系下，對引起電機轉矩脈動的電機磁 鏈進行估計，并以此估計值設計電機定子電流波形，實現(xiàn)對轉矩脈動的控制。 通過仿真對控制效果進行了分析。 8、設計了一種新型干擾觀測器，對其控制結構進行了理論分析。以此為基礎， 設計了一種基于干擾觀測器的轉矩脈動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)將負載轉矩、轉矩 紋波以及由電機參數(shù)的變化引起的轉矩干擾作為系統(tǒng)干擾，用干擾觀測器進 行觀測，以此為基礎對轉矩脈動進行補償，實現(xiàn)對轉矩脈動的抑制。分析了 該控制系統(tǒng)對轉矩脈動的控制效果。討論了該控制器的應用范圍。 9、對基于干擾觀測器的轉矩脈動控制系統(tǒng)進行了改進，設計了一種模糊推理控 制器，根據(jù)電機速度和負載轉矩的變化調(diào)整干擾觀測器的增益，保證了轉矩 脈動控制系統(tǒng)的控制精度，并擴大了其運行范圍。
謝先生
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