无刷直流电机的直接转矩控制

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1、江苏大学硕士学位论文无刷直流电机的直接转矩控制姓名：尹中良申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：刘国海20080601江苏大学硕士毕业论文摘要无刷直流电机具有体积小、重量轻、效率高和转动惯量小等优点，另外它还具有和直流电机一样的调速特性，而没有直流电机复杂的机械换相设备，所以被广泛应用于伺服控制、数控机床、机器人等工业领域，现代工业的快速发展对无刷直流电机控制系统的性能提出了更高的要求。因此，研究具有响应速度快、调节能力强、控制精度高的无刷直流电机控制系统具有十分重要的意义。直接转矩控制是一种高性能的电机控制方法，

2、它已经成熟的应用在感应电机和永磁同步电机上，实现了优良的稳念性能和动念响应特性。本文通过大量的文献资料阅读，对无刷直流电机及其相关技术的发展、现状和趋势有了一个比较全面的理解，在此基础上，详细分析了无刷直流电机的数学模型，并提出了一套相应的直接转矩控制方案，建立了仿真和试验平台，进行了仿真分析和实验研究，获得了有价值的研究成果。本文的主要研究内容包括：(1)详细分析了无刷直流电机的运行机理和数学模型，在此基础上阐述无刷直流电机直接转矩控制的基本控制机理，包括基于逆变器二二导通模式的空间电压矢量的定义和针对无刷直流电机具有非正弦波

3、反电动势这一特点而推导的转矩计算公式等。(2)提出了一套无刷直流电机直接转矩控制的具体实施方案，并根据这套方案建立了基于Simulink(Matlab)的无刷直流电机直接转矩控制的仿真模型，对所提出的控制方案进行了仿真分析。仿真结果验证了该方案在理论上的可行性。(3)在理论研究的基础之上，设计研制了一套基于DSP+IPM的无刷直流电机直接转矩控制实验系统，编写了控制程序软件，进行了无刷直流电机直接转矩控制的实验。实验结果达到了预期的要求，证实了直接转矩控制在改善无刷直流电机动态调速性能上的优势。本论文开展了继异步电机和永磁同步电

4、机之后对无刷直流电机实现直接转矩控制的探索性研究工作。通过理论分析、计算机仿真和实验得出了一些有意义的经验和结论，为课题的进一步深入开展奠定了基础。关键词：无刷直流电机，直接转矩控制，计算机仿真，数字控制系统学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在两年解密后适用本授权书。

5、本学位论文属于不保密匿了学位论文作者签名：尹2008年6月8f二1幸莨指导教师签名：侈’：7c日移2008年6月8日江苏大学硕士毕业论文第一章绪论本章主要讲述了永磁无刷直流电机的发展概况，本身特点及其应用领域；几种先进控制策略的应用能大幅提高电机控制性能；最后叙述了本文研究的意义和主要内容。1．1永磁无刷直流电机的发展概况1．1．1永磁无刷直流电动机(BLDCM)发展历史在传统电励磁电机当中，直流电机以其良好的转矩特性和快速响应能力而为工业界重视。但是由于直流电机存在电刷、滑坏等机械接触部件，存在机械磨损，需维护和保养，而且会产

6、生火花，因而不能在有粉尘、易燃易爆物质的环境中工作，应用受到限制。此外直流电机造价高，这些缺陷限制了直流电机的应用场合。因而在工业上调速要求不高的地方，普遍使用的是交流感应电机。为了取代直流电动机的电刷一换向器装置，人们对此作了长期研究。1915年，美国人兰格米尔(Lan舯i11)发明了控制栅极的水银整流器，构成了由直流变交流的逆变装置。1917年，Boliger提出了用整流管代替有刷直流电动机的机械电刷，从而诞生了永磁无刷直流电机的基本思想。直到二十世纪三十年代，有人提出利用离子装置实现电机的定子绕组按转子位置换接的所谓整流子

7、电动机，它的思想和现代永磁无刷直流电机已经相当接近，但这种电机由于可靠性差、效率低、装置笨重而复杂，故无实用价值【o¨。随着半导体技术的发展，1948年，贝尔实验室研制成功开关型晶体管；1955年美国的D．Ha仃ison首次申请了应用晶体管换向代替电动机机械换向器的专利，标志着现代永磁无刷直流电机的诞型U2J。但这台无刷直流电机无法自起动，而且信号电势前沿陡度不大，致使晶体管的开关功耗太大。直到1962年，借助于霍尔元件实现位置检测换向的永磁无刷直流电机终于诞生了。二十世纪70年代，又研制成功以比霍耳元件敏感度高千倍的磁敏二极管

8、来实现换向的无刷直流电动机。进入70年代以后，随着电力电子开关器件的迅猛发展以及各种新型位置检测器的发明，如接近开关式位置传感器、电磁谐振式位置传感器、高频耦合式位置传感器、磁电耦合式位置传感器和光电式位置传感器，永磁无刷直流电机得到了长足发展【01】。1978