直流无刷电机滑模驱动控制系统的研究

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直流无刷电机(Brushless DC Motor,BLDCM)是一种构造简单、转矩密度较大、调速性能良好、运行可靠的新型机电一体化调速电机。在电动汽车、家电、航空航天以及工业机器人中占据了很大的市场。随着科技的不断发展,产品对电机性能的要求也越来越高。BLDCM在负载运行时会产生较大的转矩脉动,使其不适合高精度场合的应用。面临这种现状,就急切需求一种能够抑制该转矩脉动的算法。滑模变结构控制作为一种非线性控制方法,它能够BLDCM使系统沿着设定的状态轨迹作滑动模态运动,对外界干扰、系统参数变化不敏感,动、静态特性优良,尤其适用非线性系统控制中。  本文首先查阅了相关文献,分析了直流无刷电机的工作原理和数学模型以及在不同的PWM调制方式下对于电机电磁转矩的影响,对比分析了在换相期间与非换相期间不同调制方式下电磁转矩脉动的大小。针对于BLDCM负载运行转矩脉动大的问题,确立了PWM-ON的调制方式。其次,分析了滑模变结构控制算法在稳定性、抗扰动以及系统参数变化等方面的优势,论证了采用不同的滑模面与控制律系统固有抖振的大小,确立了分段式积分滑模面和修正指数趋近律对该抖振进行抑制。在分析了基础上电机数学模型以及滑模变结构控制原理的基础之上设计了改进型滑模控制器。再次,搭建电机滑模驱动控制系统的仿真模型,在仿真层面验证理论的可行性。通过对比实验,验证了改进型滑模控制器相比于传统控制器同时具有更好的跟踪性能,能够明显的削弱抖振现象,系统鲁棒性更强,能够有效的削弱电机负载运行时转矩脉动。最后,以DSP28335为核心,搭建了直流无刷电机控制系统实验平台,对所提出的滑模控制算法的有效性以及可行性进行了验证。
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