吴  昊，孙新亚，吉吟东(清华大学自动化系，北京100084)
   摘  要：针对梯形波反电动势的无刷直流电机转矩脉动较大的问题，提出了一种****控制算法。首先从电动机模型入手，在分析了影响电磁转矩的因素之后，选择定子电流作为控制对象，然后通过适当的控制律，将****控制应用于定子电流，以实现对转矩脉动的抑制。仿真结果表明，****控制可以在很大的调速范围内有效地抑制转矩脉动和转速误差。算法简单且易于实现，能够满足很多高性能场合的应用要求。
    关键词：无刷直流电动机；梯形波反电动势；转矩脉动；****控制
   0  引  言
    永磁同步电机(PMSM)由于有着很高的功率密度、电机效率和优良的转矩性能，近年来得到了越来越广泛的应用。从反电动势的波形来看，永磁同步电机可以划分为梯形波反电动势的无刷直流电机(BL,DCM)和正弦波反电动势的永磁同步电机(BLACM)¨J。相对于BLACM，B][_,DCM的磁链中含有无法忽略的高次谐波分量，导致转矩脉动较大，无法实现更高精度地速度控制。而且，当电机高速运行时，转矩脉动通常被电机的机械惯性消除，但在低速运行时，转矩脉动往往表现为较大的转速误差，限制了BDCM的应用。转矩脉动的产生主要有三个原因：齿槽引起的转矩脉动、电流换向引起的转矩脉动和电磁因素引起的转矩脉动等，其中，齿槽引起的转矩脉动需要通过优化电机设计来消除；电流换向引起的转矩脉动可以通过适当的PWM调制来消除，而对于电磁因素引起的转矩脉动，文献[3]采用谐波消去法，在分析了由高次谐波引起的转矩脉动之后，给恒流源通以特定形式的补偿电流，产生与转矩脉动大小相等、相位相反的补偿转矩，从而大大降低了转矩脉动，但产生该电流的难度较大，使谐波消去法的应用受到了限制。文献[4]采用卡尔曼滤波，通过磁链估计器对转子磁链进行补偿，可以同时修正测量误差和模型误差，在很大的转速范围内实现了转矩脉动的抑制。然而该方法控制较为复杂，成本很高。本文通过****控制实现对无刷直流电机转矩脉动的有效抑制。
    1  系统模型
   在d-q坐标系下，电机的数学模型可以表示为：

    由图5至图7可见，在1 O％额定转速的低速情况下，****控制仍然很有效，尤其体现在转速误差减小为原先的4．3％，有效地扩大了B LD C M的调速范围。通过对图2和图5、表2和表3的比较，可以很明显地发现，****控制算法在低速时更有效，而随着转速的升高，效果逐渐减弱。
    4  结  论
    本文针对梯形波反电动势的无刷直流电机转矩脉动较大的问题，提出了一种****控制算法。
    该算法通过对定子电流的精确控制实现了对转矩脉动的有效抑制，具有以下特点：
    1)有效性：****控制算法在高速和低速时都很有效，可以将转矩脉动降低三分之二以上，转速误差降低80％。
    2)更大的调速范围：****控制算法扩大了无刷直流电机的调速范围，在10％额定转速以下仍然有效，且随着转速的降低，算法的效果更加明显。
    3)算法简单且易实现：****控制算法对低维矩阵进行简单操作，算法开销小，易于通过数字化实现。
    随着高性能数字信号处理器的推广，****控制算法将使无刷直流电机可以应用于更多的高性能要求场合，如航空航天和机器人控制等领域。