摘
要
传统的直流电机一直在电机驱动系统中占据主导地位，但由于其本身固有的机械换向器和电刷导致电机容量有限、噪音大和可靠性不高，因而迫使人们探索低噪音、高效率并且大容量的驱动电机。随着电力电子技术和微控制技术的迅猛发展成熟起来的直流无刷电机具有体积小、重量轻、效率高、噪音低、容量大且可靠性高的特点，从而使其极有希望代替传统的直流电机成为电机驱动系统的主流。首先，从电机本体和控制角度出发，阐述了直流无刷电机在实际应用中需要解决的关键性问题：电磁转矩脉动。详细分析了电磁转矩脉动产生的各种原因，特别是分析了相电流换向所产生的纹波转矩脉动。其次，本文对无刷直流电动机的工作原理进行了详尽的分析，建立了三相无刷直流电动机的数学模型。并利用MATLAB／SIMULINK软件建立了三相无刷直流电动机的控制系统仿真模型。仿真模型采样的是电机控制系统中常用的双环系统转速一电流双闭环控制。为了提高系统的静动态特性，转速外环采用PI调节器，电流内环采用PI调节器。转子位置通过直流无刷电机感应电势检溺，仿真结果表明了该仿真模型控制系统与理论分析完全吻合，从而证明了模型的有效性。然后，初步设计了伺服系统的原理图。以PID控制器作为整个控制电路的核心，一台40w的直流无刷电机作为被控对象，完成了伺服系统的转速控制。最后，对未来的工作给予了展望，并对全文的内容进行了总结。关键词：无刷直流电动机；转矩脉动；PID控制器
f第一章11
绪
论
无刷直流电动机的发展概况
电机作为机电能量转换装置，其应用已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活中。电机的主要类型有：直流电机、感应电机和同步电机。直流电机具有非常好的线性机械特性、运行效率高和调速性能好，以及良好的启动性等诸多优点，而最早被应用于工农业生产领域，在运动控制领域中占据主导地位。但是传统的直流电机均采用电刷，以机械方法换向，因而存在机械摩擦，由此带来噪音大、寿命短等弱点，再加上制造成本高及维修困难等缺点，机械换向问题一直成了有刷直流电机的一个弱点，它降低了系统的可靠性，从而大大地限制了它的应用范围。为了取代有刷直流电机的机械换向装置，人们进行了长期的探索。早在1917年，Boiiger就提出了用整流管代替有刷直流电机的机械电刷，从而诞生了无刷直流电机的基本思想。到1955年，美国的DHarriso
等人首次申请了用晶体管的换相线路代替有刷直流电机的机械电刷的专利，标志现代无刷直流r