無刷直流電機伺服系統(tǒng)的設計與研究.pdf

1、無刷直流電機（Brushless Direct Current Motor，簡稱BLDCM）由于其使用電子換相代替了傳統(tǒng)的機械換向，使 BLDCM具有運行效率高且能量損耗減少、電機的響應能力增強、徹底消除了電機換相時火花，同時保持了直流電機優(yōu)秀的機械特性等優(yōu)點。因此在家用電器、智能電動車、航空航天、軍事等領域得到了極大地應用。當然BLDCM在調速過程中也有一定的缺陷，例如傳統(tǒng)的比例積分微分（Proportion Integral Der

2、ivative，縮寫為PID）控制算法在系統(tǒng)參數(shù)變化時容易受到外界擾動的影響，而基于智能控制算法和非線性控制算法的混合控制方法又過于復雜，因此本課題對于BLDCM的調速系統(tǒng)具有十分重要意義。
　　傳統(tǒng)的BLDCM采用電流-轉速雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，由于實際的BLDCM反電勢無法達到理想的的梯形波，并且在電流換相時會產(chǎn)生轉矩脈動，這些問題使得BLDCM的無法適應高精度的調速環(huán)境。
　　針對上述問題，本文設計了基于反電勢觀測器和滑模觀

3、測器相結合的轉速-轉矩雙閉環(huán)控制方法。由于滑模變結構控制方法在控制過程中系統(tǒng)一旦達到滑模面就很難被外界擾動干擾，因此使系統(tǒng)具有很強的抗負載擾動能力；采用滑模觀測器對電機反動電勢實時觀測，計算得到系統(tǒng)的觀測電磁轉矩，構成BLDCM調速系統(tǒng)的轉矩閉環(huán)控制。
　　本文以BLDCM作為研究對象，首先介紹了數(shù)學模型和傳統(tǒng)控制方法。然后根據(jù)其數(shù)學模型基于Matlab/Simulink仿真軟件搭建了BLDCM的仿真模型。之后設計了轉速-轉矩雙閉

4、環(huán)控制方法，并根據(jù)BLDCM的數(shù)學模型和滑模變結構控制理論，提出了基于滑模觀測器對BLDCM反電勢的估計方法。最后根據(jù)觀測到的反電勢計算得到觀測的系統(tǒng)電磁轉矩。基于Matlab/Simulink的仿真結果表明，反電動勢觀測器能夠準確的對BLDCM的反電勢進行跟蹤；與經(jīng)典的PI控制器相比，轉矩-轉速雙閉環(huán)控制具有超調小，響應快，對外界擾動存在更好的抗干擾性等優(yōu)點。
　　最后，在仿真軟件Matlab/Simulink上搭建了基于轉速-