无刷直流电机转矩脉动抑制的研究

【摘要】无刷直流电机具有结构简单、寿命长和效率高等优点，已在国防、航天航空、机器人、工业过程控制、精密机床、汽车电子、家用电器和办公自动化等领域中取得了较好的应用。但是，无刷直流电机具有较大的转矩脉动，会降低系统的使用寿命和稳定性。所以，研究无刷直流电机的转矩脉动抑制方法，对提高设备的运行质量和延长寿命具有现实意义。本文在综述国内外相关研究现状的基础上，以无刷直流电机作为研究对象，对其转矩脉动问题进行了深入研究，提出了FIR滤波结合改进PID控制算法来抑制转矩脉动，并通过实验验证了方法的可行性与有效性。论文主要研究内容如下：1、从无刷直流电机控制器和抑制转矩脉动方法两个方面介绍了无刷直流电机的研究现状，分析了无刷直流电机的基本结构、工作原理，建立了电机的数学模型，并利用Matlab进行了仿真，验证了模型的正确性。2、介绍了无刷直流电机转矩脉动的组成，从电枢反应、电流换相、电磁因素、齿槽因素、机械加工和材料因素等五个方面，分析了无刷直流电机转矩脉动产生的原因。3、阐述了FIR滤波器的基本原理，提出了适合无刷直流电机运行的改进的PID控制算法，并针对普通双闭环控制系统存在的不足，设计了将FIR滤波器与改进PID控制算法相结合的双闭环控制系统，从而有效地抑制了无刷直流电机的转矩脉动。4、以STM32F103VC单片机为核心，完成了电压电流采样电路、逆变电路和过压过流保护电路等无刷直流电机闭环控制系统的硬件设计，编写了主模块、控制模块和驱动模块等程序，对样机进行了软硬件调试与实验验证。结果表明，与普通双闭环控制系统相比，采用FIR滤波器与改进PID控制算法相结合的双闭环控制系统能够进一步抑制无刷直流电机的转矩脉动，得到更好的控制效果。
【作者】顾俊杰；
【导师】潘海鹏；
【作者基本信息】浙江理工大学，控制理论与控制工程，2014，硕士
【关键词】无刷直流电机；转矩脉动；FIR滤波；双闭环控制；

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