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基于FPGA的无刷直流电机模糊PI控制系统设计
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作者 周东升 许高斌 马渊明 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第7期898-903,909,共7页
针对传统软件控制器存在响应速度慢、精度低和抗干扰能力差的问题,文章基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)实现无刷直流电机(brushless direct current motor,BLDC)模糊PI控制系统的设计。该控制系统内部采用全... 针对传统软件控制器存在响应速度慢、精度低和抗干扰能力差的问题,文章基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)实现无刷直流电机(brushless direct current motor,BLDC)模糊PI控制系统的设计。该控制系统内部采用全硬件实现方式,提高了系统的运算效率,增强了抗干扰能力;系统采用转速、电流双闭环控制,转速环采用模糊PI控制算法,相较于传统PI控制算法,提高了响应速度和控制精度。实验结果表明,文章设计的控制系统响应速度快、超调小、抗干扰能力强。 展开更多
关键词 无刷直流电机(bldc) 矢量控制 模糊控制器 现场可编程门阵列(FPGA)
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基于Matlab无刷直流电机系统仿真建模的新方法 被引量:211
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作者 纪志成 沈艳霞 姜建国 《系统仿真学报》 CAS CSCD 2003年第12期1745-1749,1758,共6页
在分析无刷直流电机(BLDC)数学模型的基础上,提出了无刷直流电机系统仿真建模的新方法。在Matlab/Simulink中,建立独立的功能模块,如BLDC本体模块、电流滞环控制模块、速度控制模块等,再进行功能模块的有机整合,搭建无刷直流电机系统的... 在分析无刷直流电机(BLDC)数学模型的基础上,提出了无刷直流电机系统仿真建模的新方法。在Matlab/Simulink中,建立独立的功能模块,如BLDC本体模块、电流滞环控制模块、速度控制模块等,再进行功能模块的有机整合,搭建无刷直流电机系统的仿真模型。为保证仿真快速性和有效性,模型采用分段线性法生成梯形波反电动势,系统采用双闭环控制:速度环采用PI控制,电流环采用滞环电流控制。仿真结果证明了该方法的有效性,同时也适用于验证其他控制算法的合理性,为实际电机控制系统的设计和调试提供了新的思路。 展开更多
关键词 无刷直流电机(bldc) 仿真建模 MATLAB 分段线性法
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基于母线电流的无刷直流电机换相位置优化策略 被引量:7
3
作者 张前 冯明 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期1441-1448,共8页
通过分析无刷直流(BLDC)电机换相位置与母线电流的关系,建立了母线电流与换相位置偏差的数学关系,在此基础上提出了一种无位置传感器无刷直流电机换相位置优化策略。该策略以控制绕组电流与反电动势(BEMF)同相位为目标,以换相位置补偿... 通过分析无刷直流(BLDC)电机换相位置与母线电流的关系,建立了母线电流与换相位置偏差的数学关系,在此基础上提出了一种无位置传感器无刷直流电机换相位置优化策略。该策略以控制绕组电流与反电动势(BEMF)同相位为目标,以换相位置补偿角为被控制量,以母线电流随换相角度的变化率作为偏差量,通过比例积分(PI)调节器调节电机换相位置;并且可以同时校正位置信号检测误差和绕组电感引起的相位偏差。通过实验验证了该策略可以准确、快速地找到最佳换相位置,有效提高电机运行效率。 展开更多
关键词 无刷直流(bldc)电机 无位置传感器 母线电流 换相位置优化 反电动势(BEMF)法
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永磁无刷直流电机磁阻转矩的解析计算方法 被引量:51
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作者 王兴华 励庆孚 王曙鸿 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2002年第10期104-108,共5页
该文利用许-可变换,构造了考虑齿槽效应的等效气隙磁导函数,结合偏微分方程的解析算法,计算出等效气隙内任意半径上的气隙磁通密度分布,由此提出了一种永磁无刷直流电机磁阻转矩的解析计算方法,其计算结果与有限元计算结果对比,转矩波... 该文利用许-可变换,构造了考虑齿槽效应的等效气隙磁导函数,结合偏微分方程的解析算法,计算出等效气隙内任意半径上的气隙磁通密度分布,由此提出了一种永磁无刷直流电机磁阻转矩的解析计算方法,其计算结果与有限元计算结果对比,转矩波形基本吻合,证明此方法是正确的、可靠的;同时该方法可应用于磁极分段移位、齿面加辅助凹槽、移动相邻磁极等结构的磁阻转矩的计算,为永磁无刷直流电机设计和优化提供了基本分析手段。 展开更多
关键词 永磁无刷直流电机 磁阻转矩 解析计算方法 永磁电机 无刷直流电机
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永磁无刷直流电机转矩波动的自抗扰控制 被引量:50
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作者 夏长亮 俞卫 李志强 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第24期137-142,共6页
自抗扰控制器(ADRC)是在继承经典PID不依赖于对象模型优点的基础上,通过改进经典PID固有缺陷而形成的新型控制器,性能优良且算法简单。在分析永磁无刷直流电机转矩波动研究现状的基础上,根据其自身特点以及自抗扰控制器的设计原则,提出... 自抗扰控制器(ADRC)是在继承经典PID不依赖于对象模型优点的基础上,通过改进经典PID固有缺陷而形成的新型控制器,性能优良且算法简单。在分析永磁无刷直流电机转矩波动研究现状的基础上,根据其自身特点以及自抗扰控制器的设计原则,提出了基于自抗扰控制器的永磁无刷直流电机转矩波动抑制方法。将电机等效为由2个非线性系统构成的串联对象,设计了2个一阶自抗扰控制器实现对电机的内外环控制,即外环控制转速并给出内环转矩参照值,内环控制转矩以抑制转矩波动,其实质是改善馈电电流波形。内环转矩子系统采用3个相同的扩张状态观测器(ESO)对三相转矩分别进行观测,进而得到电磁转矩估计值及转矩子系统的实时作用值,据此构造以逆变器直流侧电压为控制输入的转矩子系统一阶自抗扰控制器。实验结果表明,该控制方案不仅能够明显抑制电机运行中的转矩波动,而且电机具有良好的动态响应性能,控制系统具有较强的适应性和鲁棒性。 展开更多
关键词 电机 白抗扰控制器 永磁无刷直流电机 转矩波动 动态性能
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新型并列式混合励磁无刷直流电机结构原理及其磁场调节特性 被引量:15
6
作者 耿伟伟 张卓然 +1 位作者 于立 严仰光 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第11期131-137,154,共8页
基于永磁同步电机和电励磁双凸极电机的有机组合,提出一种并列式混合励磁无刷直流电机。给出永磁同步电机和电励磁双凸极电机的定转子槽极数匹配原则,讨论了直接串联方式下的电枢绕组结构形式,包括一种具有容错能力的定子结构和绕组连... 基于永磁同步电机和电励磁双凸极电机的有机组合,提出一种并列式混合励磁无刷直流电机。给出永磁同步电机和电励磁双凸极电机的定转子槽极数匹配原则,讨论了直接串联方式下的电枢绕组结构形式,包括一种具有容错能力的定子结构和绕组连接方式。利用二维有限元法分析两类电机基本运行特性,并进一步对整个并列式混合励磁无刷直流电机进行了三维有限元瞬态场分析。研究结果表明,该并列式混合励磁电机实现了两类不同原理无刷电机的高效并列运行,结构简单可靠,气隙磁场易于双向调节,对于永磁电机部分内部绕组故障短路可以有效灭磁,在飞机电源起动发电等场合有重要应用价值。 展开更多
关键词 永磁同步电机 双凸极电机 三维有限元分析 并列式 混合励磁 无刷直流电机
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双凸极无刷直流发电机在开关磁阻发电方式下的工作特性 被引量:8
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作者 邱鑫 张卓然 +2 位作者 朱德明 严仰光 王慧贞 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第21期54-60,共7页
电励磁双凸极无刷直流发电机在开关磁阻发电方式下,电枢反应起增磁作用,利于减小励磁功率。借助有限元计算分析第1气隙和第2气隙的长度关系对电励磁双凸极无刷直流发电机开关磁阻发电方式下空载特性的影响。研究不同负载状态下,电机开... 电励磁双凸极无刷直流发电机在开关磁阻发电方式下,电枢反应起增磁作用,利于减小励磁功率。借助有限元计算分析第1气隙和第2气隙的长度关系对电励磁双凸极无刷直流发电机开关磁阻发电方式下空载特性的影响。研究不同负载状态下,电机开关磁阻发电方式时的磁链变化特征和换相工作模态,得到换相重叠和电枢反应对发电机外特性的影响,揭示了大负载状态下电机电枢反应增磁作用使换相重叠角增大,从而使电机外特性变软的问题。2kW低速电励磁双凸极无刷直流发电机的实验结果验证了仿真分析的正确性,进而给出2.6MW大功率直驱风力发电机的设计实例,并通过有限元计算验证了该结论。 展开更多
关键词 双凸极无刷直流电机 开关磁阻发电方式 换相重叠 电枢反应 风力发电机
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两象限斩波器调压的无刷直流起动发电机研究 被引量:7
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作者 周波 严仰光 +1 位作者 顾锦筛 窦森 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2002年第4期86-89,共4页
无刷起动发电机由双向变换器与同步电机构成,由于具有起动、发电双功能而成为机载电气技术研究的一个热点。该文研究基于两象限斩波器调压的无刷直流起动发电机系统的主电路拓扑与原理、起动机的起动特性以及发电机的调压特性与外特性,... 无刷起动发电机由双向变换器与同步电机构成,由于具有起动、发电双功能而成为机载电气技术研究的一个热点。该文研究基于两象限斩波器调压的无刷直流起动发电机系统的主电路拓扑与原理、起动机的起动特性以及发电机的调压特性与外特性,最后以实验室一台同步电机为例构成无刷直流起动发电机原理实验系统,实验结果表明该系统具有良好的起动、发电性能。 展开更多
关键词 两象限斩波器 调压 无刷直流起动发电机 航空发电机
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无刷直流电机的模型参考模糊自适应方法及实验研究 被引量:22
9
作者 纪志成 李晓庆 沈艳霞 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第1期75-81,共7页
将模糊控制器植入模型参考自适应控制系统构架中,主模糊控制器用于取代传统模型参考自适应控制中的反馈控制器,模糊逆模型结合自适应调整算法取代复杂的常规自适应规则,形成了模型参考模糊自适应控制方法。将此方法应用于无刷直流电机(B... 将模糊控制器植入模型参考自适应控制系统构架中,主模糊控制器用于取代传统模型参考自适应控制中的反馈控制器,模糊逆模型结合自适应调整算法取代复杂的常规自适应规则,形成了模型参考模糊自适应控制方法。将此方法应用于无刷直流电机(BLDCM)调速系统,设计模型参考模糊自适应速度控制器,仿真及基于dSPACE的实验结果表明:控制系统运行平稳,速度跟踪快速准确,具有良好的动、静态特性。 展开更多
关键词 模型参考自适应控制 模糊控制 无刷直流电机(bldcM) DSPACE
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电励磁双凸极无刷直流发电机非线性PI调压技术的研究 被引量:39
10
作者 王莉 曹小庆 +1 位作者 张卓然 严仰光 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第5期153-158,共6页
针对12/8极电励磁式双凸极(EMDS)无刷直流发电机的非线性特性,提出了一种新的非线性PI调压控制方法,该算法中比例和积分参数随调压误差的变化而非线性变化。设计了以DSP为核心的数字调压器,利用实验离线辨识的方法建立发电机系统的数学... 针对12/8极电励磁式双凸极(EMDS)无刷直流发电机的非线性特性,提出了一种新的非线性PI调压控制方法,该算法中比例和积分参数随调压误差的变化而非线性变化。设计了以DSP为核心的数字调压器,利用实验离线辨识的方法建立发电机系统的数学模型,在此基础上设计了算法参数,与传统PI算法做了实验对比,结果表明其抗干扰能力比常规PI调节器强。为了进一步提高系统的动态性能,在非线性PI算法中加入了负载电流前馈补偿控制。实验结果表明,在系统突加和突卸负载两种情况下,采用具有负载电流前馈补偿的非线性PI控制后,发电机电压不仅恢复时间明显缩短,而且电压波动幅值也大大减小,系统的动态性能得到了明显的提高,而且具有高的稳态精度。 展开更多
关键词 电励磁双凸极无刷直流电机 非线性PI 负载电流前馈 数字调压器 动态性能 稳态性能 模型辨识
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基于SG/Simulink无刷直流电机混合建模与仿真研究 被引量:11
11
作者 纪志成 陈娅冰 周治平 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第3期525-528,共4页
System Generator(SG)为基于 FPGA 的硬件平台开发提供了便捷的设计方式和灵活的编程手段,Matlab/Simulik 是通用性的离线仿真工具,其模块化的建模方法具有高效、直观的特点。结合两者的优点,提出了 SG/Simulink 混合建模新方法,利用 SG... System Generator(SG)为基于 FPGA 的硬件平台开发提供了便捷的设计方式和灵活的编程手段,Matlab/Simulik 是通用性的离线仿真工具,其模块化的建模方法具有高效、直观的特点。结合两者的优点,提出了 SG/Simulink 混合建模新方法,利用 SG 建立无刷直流电机(BLDCM)控制系统部分,Simulink 仿真 BLDCM 本体,通过 SG 中的 Gateway 模块,实现两者的无缝连接。仿真结果符合理论分析,证明了该方法的有效性和可行性。 展开更多
关键词 System Generator(SG) SIMULINK 混合建模 无刷直流电机(bldcM)
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高压断路器永磁无刷直流电机操动机构的设计及动态仿真 被引量:28
12
作者 李永祥 林莘 徐建源 《电网技术》 EI CSCD 北大核心 2010年第1期185-189,共5页
为了提高高压断路器的动作可靠性,设计了一种新型操动机构——有限转角永磁无刷直流电机操动机构。针对40.5kV真空断路器机械特性的要求,对驱动电机结构和主要参数(电负荷、磁负荷、极数及极弧系数等)进行了设计。并采用有限元法对电机... 为了提高高压断路器的动作可靠性,设计了一种新型操动机构——有限转角永磁无刷直流电机操动机构。针对40.5kV真空断路器机械特性的要求,对驱动电机结构和主要参数(电负荷、磁负荷、极数及极弧系数等)进行了设计。并采用有限元法对电机的动态特性进行仿真,结果表明,电机设计合理、满足较高的分、合闸速度的要求。 展开更多
关键词 高压断路器 永磁无刷直流电机操动机构 电机设计 动态仿真
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基于改进粒子群算法的无刷直流电机控制研究 被引量:5
13
作者 付光杰 杨帛润 高俊莹 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2013年第6期95-98,共4页
文章针对无刷直流电机(BLDC)复杂的、耦合的非线性的特点,克服传统的控制算法控制速度精度不高、响应速度慢等缺点,提出了一种基于改进的粒子群算法(PSO)对PID控制器系数自整定的无刷直流电机控制新策略。在Matlab/Simulink中搭建BLDC... 文章针对无刷直流电机(BLDC)复杂的、耦合的非线性的特点,克服传统的控制算法控制速度精度不高、响应速度慢等缺点,提出了一种基于改进的粒子群算法(PSO)对PID控制器系数自整定的无刷直流电机控制新策略。在Matlab/Simulink中搭建BLDC控制系统的仿真模型,并实现双闭环的控制:速度环采用改进粒子群算法优化PID控制,电流环采用滞环电流控制。仿真结果验证了该控制方法对无刷直流电机调速系统具有良好的快速性、稳定性和鲁棒性。 展开更多
关键词 无刷直流电机(bldc) 改进粒子群算法 PID 仿真
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基于VisSim的无刷直流电机的仿真模型 被引量:15
14
作者 沈艳霞 纪志成 姜建国 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2003年第4期294-298,共5页
在分析无刷直流电机(BLDCM)数学模型的基础上,基于VisSim5.0软件建立了无刷直流电机控制系统的仿真模型。采用双闭环调速系统进行仿真。仿真结果证明了该方法的有效性,同时也适用于验证其他控制算法的合理性,为实际电机控制系统的设计... 在分析无刷直流电机(BLDCM)数学模型的基础上,基于VisSim5.0软件建立了无刷直流电机控制系统的仿真模型。采用双闭环调速系统进行仿真。仿真结果证明了该方法的有效性,同时也适用于验证其他控制算法的合理性,为实际电机控制系统的设计和调试提供了新的思路。 展开更多
关键词 无刷直流电机 仿真模型 数学模型 VisSim5.0 电机控制系统 电磁转矩
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DSP在无刷直流电机控制系统仿真中的应用 被引量:6
15
作者 张庆荣 刘平 杨春帆 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第z2期817-820,共4页
给出了一种应用于无刷直流电机控制系统的数字信号处理器(DSP)的模型。根据实际DSP应用中各种重要的硬件功能、控制方法,以及各种环境干扰和非线性因素,在Simulink环境中构建了整个DSP模型,包括CAP模块、AD采样模块、PWM产生模块和控制... 给出了一种应用于无刷直流电机控制系统的数字信号处理器(DSP)的模型。根据实际DSP应用中各种重要的硬件功能、控制方法,以及各种环境干扰和非线性因素,在Simulink环境中构建了整个DSP模型,包括CAP模块、AD采样模块、PWM产生模块和控制模块。通过使用Simulink模型优化技术,如CMEXS-函数和子系统封装技术,提高了DSP模型的仿真精度和速度。结合无刷直流电机模型和三相逆变桥模型仿真所得到的结果表明,该模型能够较为准确地描述出无刷直流电机用DSP控制器的工作特性,对无刷直流电机的DSP数字控制系统的设计和实现均具有重要的实用价值。 展开更多
关键词 数字信号处理器(DSP) 无刷直流电机(bldc) 仿真建模
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双凸极无刷直流发电机的非线性数学模型 被引量:11
16
作者 沙德尚 孔力 孙晓 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2003年第4期6-10,共5页
用变网络等效磁路法建立电励磁双凸极发电机等效磁路模型。在考虑磁路饱和、电枢磁场和励磁磁场相互作用的基础上 ,给出了描述该发电机非线性电感的函数 ,函数值与转子位置、各相电枢电流和励磁电流有关。有限元法验证了该函数的计算结... 用变网络等效磁路法建立电励磁双凸极发电机等效磁路模型。在考虑磁路饱和、电枢磁场和励磁磁场相互作用的基础上 ,给出了描述该发电机非线性电感的函数 ,函数值与转子位置、各相电枢电流和励磁电流有关。有限元法验证了该函数的计算结果具有很高精度。在基于电感数值解基础上建立了该无刷直流发电机负载时一个工作模态非线性数学模型 ,给出了描述该数学模型的微分方程。理论计算结果和样机实验结果对比验证了该模型的正确性 。 展开更多
关键词 等效磁路 双凸极无刷直流电机 电感 数学模型
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动磁式永磁无刷直流直线电机的齿槽力最小化 被引量:47
17
作者 罗宏浩 吴峻 常文森 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第6期12-16,共5页
为提高永磁无刷直流直线电机的性能,必须研究减小其齿槽定位力(齿槽力)的技术措施。根据电磁弹射系统需要推进大质量载荷的要求,提出了1种大推力的动磁式永磁无刷直流直线电机模型。用有限元方法计算了磁极端部与定子齿槽相互作用形成的... 为提高永磁无刷直流直线电机的性能,必须研究减小其齿槽定位力(齿槽力)的技术措施。根据电磁弹射系统需要推进大质量载荷的要求,提出了1种大推力的动磁式永磁无刷直流直线电机模型。用有限元方法计算了磁极端部与定子齿槽相互作用形成的3种齿槽力分量,由傅里叶变换得到了各分量的功率谱。在对各分量进行频谱分析的基础上得出了产生齿槽力的主要原因是电机推力的二次谐波这一结论,提出了优化磁极宽度以减小齿槽力的方法。对优化设计后的电机模型进行了有限元计算和频谱分析,分析显示该电机模型推力的二次谐波已被大大削弱。计算了不同磁极宽度情况下的电机推力,结果表明采用该方法可以有效减小电机的推力波动。 展开更多
关键词 永磁无刷直流直线电机:齿槽定位力:齿槽效应 有限元方法 谐波分析
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航空并列式混合励磁无刷直流发电机短路特性研究 被引量:6
18
作者 于立 吴咏梅 +3 位作者 孙林楠 顾相培 张卓然 刘闯 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第14期4994-5003,共10页
结合航空低压直流电源系统应用特点,对并列式混合励磁无刷直流电机短路特性开展研究。分析永磁与双凸极电机段绕组耦合关系与电感特性,揭示并列式混合励磁电机高电抗特征,在此基础上研究直流侧短路故障下的电枢反应与短路电流变化规律;... 结合航空低压直流电源系统应用特点,对并列式混合励磁无刷直流电机短路特性开展研究。分析永磁与双凸极电机段绕组耦合关系与电感特性,揭示并列式混合励磁电机高电抗特征,在此基础上研究直流侧短路故障下的电枢反应与短路电流变化规律;根据绕组拓扑形式特点,围绕两类相间短路故障,系统分析短路电流与整流输出电压特性,探讨电机中性点连接方式对短路电流的影响,提出并列式混合励磁无刷直流发电机不同短路故障下的短路电流抑制与短路保护方法。研制12300r/min、11kW低压直流电源系统并列式混合励磁无刷直流发电机系统,并进行短路实验验证。理论与实验结果表明,并列式混合励磁无刷直流电机具有较好的短路电流抑制能力,在航空直流电源系统中具有重要的应用优势与价值。 展开更多
关键词 航空电源系统 并列式混合励磁电机 高电抗特性 低压直流无刷电机 短路电流
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永磁无刷直流直线电机齿槽力补偿控制研究 被引量:6
19
作者 罗宏浩 周波 +1 位作者 吴峻 常文森 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期117-121,共5页
永磁无刷直流直线电机的齿槽定位力对其低速性能影响很大,而单纯的设计方法不可能完全消除齿槽力的影响,为此,必须在控制系统中对齿槽力进行补偿。针对包含齿槽力模型的理想电机控制系统进行了理论分析,指出通过引入位置反馈环节可以消... 永磁无刷直流直线电机的齿槽定位力对其低速性能影响很大,而单纯的设计方法不可能完全消除齿槽力的影响,为此,必须在控制系统中对齿槽力进行补偿。针对包含齿槽力模型的理想电机控制系统进行了理论分析,指出通过引入位置反馈环节可以消除齿槽力的不良影响。利用有限元分析方法计算了电机的推力和齿槽力波形,验证了低速条件下推力波动主要由齿槽力引起,并说明可以通过位置反馈来补偿推力波动。最后,提出将一个齿槽力周期分为多个区间,然后分段进行线性补偿的简易控制方法。该方法无需高精度的定位装置和复杂的控制算法即可实现对电机齿槽力的补偿,实验结果表明,所提方法能够有效抑制电机的推力波动。 展开更多
关键词 永磁无刷直流直线电机 齿槽定位力 反馈控制 有限元方法
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无刷直流伺服电机换向最优控制 被引量:19
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作者 许镇琳 吴忠 +1 位作者 王秀芝 江伟 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 1996年第4期428-434,共7页
为改善无刷直流伺服电机的换向转矩性能,本文利用逆变器电压控制矢量优化调制的思想,提出了基于非换向相电流的恒频采样PWM控制的最优换向方案,该方案能有效地抑制换向转矩脉动,缩短换向时间.实验结果表明,上述方案是可行的.
关键词 无刷直流电机 直流伺服电机 换向控制
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