非理想反电动势无刷直流电动机换相转矩脉动产生机理及其抑制方法研究

Brushless DC Motor(BLDCM) will be more widely adopted under the background of energy conservation and equipment modularization because of its good performance on economy, reliability and efficiency. Torque ripple however has always been one major weakness that prevent BLDCM from achieving higher performance, so it badly needs to be overcome as soon as possible. This project intends to take the commutation torque ripple problem of BLDCM with non-ideal back electromotive force(EMF) as research object, and take its cause, function mechanism, eliminating strategy and realization method as the research contents, through the means of mathematical deduction, modelling, simulation verification, and prototype experiment to finally achieve the following three goals: establishing a new and effective strategy to eliminating the commutation torque ripple of non-ideal back EMF BLDCM; finding a method to solve the torque ripple problem in ultra-low speed range; finding a tradeoff to improve the torque ripple problem in high speed range.

在节能化和装备模块化的趋势下，经济、可靠、高效的无刷直流电动机系统将越来越广泛的得到应用，然而转矩脉动是影响其性能的首要因素，是一个急需解决的关键问题。课题拟将无刷直流电动机的换相转矩脉动问题作为研究对象，将电机反电动势非理想情况下的换相转矩脉动产生原因，作用机理，抑制方法和技术实现作为研究内容，通过数学推导、建模、仿真验证和样机实验为研究方法，最终实现以下三个主要研究目标：建立一种新型且有效的能够基本消除非理想反电动势无刷直流电动机换相转矩脉动的驱动控制策略；找到解决占空比极低时转矩不平稳问题的方法；找到解决占空比较高时换相转矩脉动难于消除问题的方法。

本项目的提出来源于国家鼓励发展高端装备制造业的背景，无刷直流电动机系统因为其效率高、能量密度大、稳定可靠的优点广泛的应用在工业领域和居民生活中，然而转矩脉动是影响其性能的首要因素，是一个急需解决的关键问题，本项目的研究目的就是要找到一个六拍控制的统一理论和实现方法，该方法可以解决各种无刷直流电动机转矩脉动大的问题，即该方法能够同时适用于理想和非理想反电动势波形的无刷直流电动机。在项目在进展过程中，首先研究了电机反电动势非理想情况下的换相转矩脉动产生原因及其作用机理，进而根据问题的根源找寻可能解决办法，但是在进行统一理论推导过程中遇到了较大的问题难以解决，不得不以结果为导向另辟蹊径寻找其他方法，最终曲折的找到并验证了一种新方案，该方案同样不增加硬件成本，仅仅通过优化软件就能够减小无刷直流电动机转矩脉动大的问题，该新方法还可以提供较大的低速启动转矩，可以高于传统方法30%左右，这进一步增加了应用范围。项目研究过程中总结出一些重要结论，可以初步指明方向，指导后续的研究，避免走弯路。新方法结合本人之前提出的三区间调制法可以较好的改善无刷直流电动机系统在低速和中速段的转矩输出品质，目前正和企业合作在一些新产品中使用，已经取得了一些成果。无刷直流电动机应用领域宽泛，本项目的方法可以应用到已有产品的换代升级，具有很好的实际推广价值，也是本人后续工作的努力方向。