227 非正弦永磁同步电机转矩脉动抑制

第３０卷第２期

２００９年６月

上海海事大学学报

ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＨＡＮＧＨＡＩＭＡＲＩＴＩＭＥＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ

Ｖ０１．３０Ｎｏ．２

Ｊｕｎ．２００９

ＡｒｔｉｃｌｅⅢ：１６７２—９４９８（２００９）０２・００６５－０７

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非正弦永磁同步电机转矩脉动抑制

周志斌１，谢卫１，Ｌｕｃ

ＬＯＲＯＮ２

（１．上海海事大学物流工程学院，上海２００１３５；２．南特综合理工学院电气工程系，南特４４６０３法国）

摘要：为研究永磁同步电机中非正弦气隙磁链分布及其对转矩脉动的影响，用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ对磁链非正弦、且存在较大齿槽转矩的永磁同步电机及其控制系统进行仿真。采用迭代学习控制算法抑制永磁同步电机转速和转矩的脉动。对转速环和转矩环下两种不同的迭代学习控制方案进行比较。仿真结果表明，两种不同的迭代学习控制方案均可以抑制转矩和转速的脉动。关键词：转矩脉动抑制；非正弦；永磁同步电机；迭代学习控制

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Ｚｈｉｂｉｎ（１９８３一）。Ｍａｌｅ，ＢｏｒｎｉｎＳｈａｎｇｈａｉ，Ｇｒａｄｕａｔｅｓｔｕｄｅｎｔ，Ｂｅｓｅａｗｈｓｕｂｊｅｃｔ

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１

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（１０）

Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｃｕｒｒｅｎｔｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅｃａｎ

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１，ｒ－ｄ

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（１１）

ｗｈｅｒｅ，．｜Ｉ由ｉｓｔｈｅｔｏｒｑｕｅｃｏｎｓｔａｎｔａｎｄ妒由ｉｓｔｈｅａｖｅｒａｇｅＤＣｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｔｈｅｆｌｕｘ

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ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＨＡＮＧＨＡＩＭＡＲＩＴＩＭＥＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ

Ｖ０１．３０

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２．２（ｎｏｔｉｃｅｔｈａｔ吼ｏ２妒１）．

ＴｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｂｕｉｌｔｉｎＭａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋａｎｄｉｔｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ

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ｔｉｏｎ．Ｉｔｓｋｎｏｗｌｅｄｇｅｃａｎｂｅ

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ｐｒｏｃｅｓｓｍｏｄｅｌｋｎｏｗｌｅｄｇｅ．［７。８】

Ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆ

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（１）Ｉｔ

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ａｎｄｐｒｅｖｉｏｕｓｃｏｎｔｒｏｌｓｉｇｎａｌ．

（２）Ｉｔｒｅｑｕｉｒｅｓｍｉｎｉｍｕｍｓｙｓｔｅｍｋｎｏｗｌｅｄｇｅ。ａｎｄ

ｓｐｅｃｉｆｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｐｌａｎｔｉｓｎｏｔｎｅｃｅｓｓａｒｙ

（３）Ｉｔ

ｉｓｖｅｒｙｅｆｆｅｃｔｉｖｅ

ｏｎ

ｒｅｊｅｃｔｉｎｇ

ｔｈｅｐｅｒｉｏｄｉｃ

ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓ

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３

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ａｒｅ

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ｆｏｒ

ＩＬＣ．Ｉｎｔｈｉｓ

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（１２）

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ｔｈｅｐｒｅｖｉｏｕｓｃｏｎｔｒｏｌｓｉｇｎａｌｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙ

ＩＬＣ，ｅｊ（ｔ）ｉｓ

ｔｈｅｐｒｅｖｉｏｕｓ

ｅｌｌ－ｏｒ

ｓｉｇｎａｌ，ｅｌ＋ｌ（ｆ）ｉｓｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔ

ｅｒｒｏｒ

ｓｉｇｎａｌ，痧ａｎｄ厂ａｌｅ

ｅｒｒｏｒ

ｌｅａｒｎｉｎｇ

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ａ

ｆｏｒｇｅｔｔｉｎｇｆａｃｔｏｒｗｈｏｓｅｖａｌｕｅｉｓｉｎｔｈｅｒａｎｇｅｏｆ０

ａｎｄ

１．

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ｉｎＦｉｇ．４，ｔｈｅ

ｃｏｎｔｒｏｌ

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ｒｅｆｅｒｓｔｏｔｈｅ

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ｓｉｇｎａｌ，ａｎｄｔｈｅ

ｅｒｒｏｒ

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ＡｎｏｔｈｅｒｉｍｐｏｒｔａｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆＩＬＣ

ｉｓｔｈａｔｉｔ

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ａ

ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ

ｓｉｇｌｌａｌｔｏｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｉｎｐｕｔ，ｗｈｉｃｈ

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ｃａｎ

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ｗｅｌｌｗｉｔｈｔｈｅｏｒｉｓｉ，ｌａｌｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｔｏｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｔｈｅ

３

３．１

ｏｔｈｅｒ

Ｎｏ．２

ＺＨＯＵＺｈｉｂｉｎ．ｄａ／：Ｔｏｒｑｕｅｔｉｐｐｌｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｉｎ

ａ

ｎｏｎ—ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ

ｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ６９

ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓ．

ｗａｙｓｏｆｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇＩＬＣｓｃｈｅｍｅｉｎｔｏｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓ—ｔｅｒｎｏｆＰＭＳＭ：ｏｎｅｔｈｅｔｏｒｑｕｅｌｏｏｐ．

Ｔｈｅｓｐｅｅｄ

ｅｒｒｏｒ

３．２

ＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＩＬＣｓｃｈｅｍｅ

Ｔｏｒｑｕｅｒｉｐｐｌｅｓｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｆｌｕｘｈａｒｍｏｎｉｃｓａｎｄ

ｉｓｔｈｅｓｐｅｅｄｌｏｏｐａｎｄｔｈｅｏｔｈｅｒｉｓ

ｃｏｇｇｉｎｇ

ｔｏｒｑｕｅｃａｕｓｅｄｂｙ

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ａ弛ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌ．ＩＬＣ

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ａｌｇｏｒｉｔｈｍ

ｂａｓｉｃｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｈｅＰＭＳＭ，ｓｏｉｔ’ｓｖｅｒｙｅａｓｙｔｏｉｍｐｌｅｍｅｎｔＩＬＣｓｃｈｅｍｅｉｎｔｏｔｈｅＩＬＣｓｙｓｔｅｍｉｓｓｈｏｗｎｉｎＦｉｇ．５．

ｂｅｕｓｅｄｔｏｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｔｈｅ

８ｓｉｎｅ

ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｋｉｎｄｓｏｆ

ｓｐｅｅｄｌｏｏｐ．Ｔｈｅｓｐｅｅｄ

ｔｏｒｑｕｅｒｉｐｐｌｅｓａｔｔｈｅ

ｔｉｍｅ．Ｔｈｅｒｅｉｓｔｗｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔ

№・５

Ｉｔｔｈｉｓｃａｓｅ，ｔｈｅ

ｏｒｉｇｉｎａｌ

Ｂｌｏｃｋ

ｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈＩＬＣｉｎｓｐｅｅｄｌｏｏｐ

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ｍｅａｎＢｗｅｗａｎｔ

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ａｎｄｔｈｅＩＬＣｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ

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ｒｅｃｔｌｙｒｅｄｕｃｅｔｈｅ

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ｔｈｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌＡｉ口ｔｈａｔｃｏｏｐｅｒａｔｅｓｗｉｔｈｔｌｌｅｉ器

Ｆｉｇ．６．

№．６

Ｂｌｏｃｋ

ｍａｇｒａｍｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈＩＬＣｉｎｔｏｒｑｕｅｌｏｏｐ

ＩｎＦｉｇ．６，ｔｈｅｍｏｔｏｒｔｏｒｑｕｅｓｈｏｕｌｄｂｅｅｘｐｒｅｓｓｅｄ：ｐｅｎｓｉｖｅ．Ａｔｏｒｑｕｅ

ｏｆｔｈｅ

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ｏｂｓｅｒｖｅｒｗｏｕｌｄｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｃｏｍ－ｈｉｇｈ

咒＝ｔ—ｋ，ｗｈｉｃｈ

ｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅｔｏｔａｌｔｏｒｑｕｅｇｅｎｅｒａ－ｐｌｅｘｉｔｙ

ｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ

ａｎｄｅｓｔｉｍａｔｉｎｇｔｈｅ

ｔｅｄｉｎｔｈｅｍａｃｈｉｎｅｔｏｄｒｉｖｅｔｈｅｌｏａｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅｔｏｒｑｕｅｓｈｏｕｌｄ

ｔｏｒｑｕｅ正．Ｓｏ

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ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｔｏｒｑｕｅｒｉｐｐｌｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｓｎｏｔｅａｓｙ．

ｂｅｅｑｕａｌ

ｔｏ

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ｔｏｒｑｕｅ．

ｐｅｒｉｏｄｉｃ

３．３ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｔｗｏＩＬＣｓｃｈｅｍｅｓ

Ｉｎｔｈｉｓｓｅｃｔｉｏｎ，ｗｅｃｏｍｐａｒｅｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｆｆｅｃｔｓｏｆ

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ｔｈｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｔｏｒｑｕｅ，ｔｈｅｒｅｗｉｌｌ

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ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｈｏｕｌｄ

ｔｏｒｑｕｅ

ｒｉｐｐｌｅｓａｎｄｔｈｅｓｐｅｅｄｗｉｌｌｂｅｃｏｎｓｔａｎｔ．

ｓｃｈｅｍｅｉｎ

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ＴｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｏｒｑｕｅｌｏｏｐＩＬＣａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｓｔｈａｔ，ｆｏｒｍａｋｉｎｇｇｅｔ

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ｔｏｒｑｕｅｌｏｏｐ，ｉｔｈａｓｔｏ

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ＩＬＣｓｃｈｅｍｅｓ．Ｉｔｈａｓｂｅｅｎｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｌａｒｇｅ西ａｎｄ

ｔｏｒｑｕｅ

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ｓｉｇｎ８ｌ，ｗｈｉｃｈ

ａ

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ｒｉｎｔｈｅｔｏｒｑｕｅｌｏｏｐＩＬＣｓｃｈｅｍｅｗｏｕｌｄｎｌａｋｅｔｈｅｓｙｓ－ｔｅｒｎ

ａｃｈｉｅｖｅｄｉｎｔｗｏｗａｙｓ：ｏｎｅｉｓｂｙｕｓｉｎｇｔｏｒｑｕｅｎａｎｓ－

ｕｎｓｔａｂｌｅ．…Ｈｅｒｅ．ｆｏｒ

ｄｕｃｅｒｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｔｏｒｑｕｅａｎｄｔｈｅｏｔｈｅｒｉｓｂｙｄｅｓｉｇ－ｎｉｎｇ

ａ

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Ｆｏｒ

ａ

ｆｏｒｔｈｅ删ｌｏｏｐ

ｒ／ｒａｉｎ

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ｔｏｒｑｕｅｌｏｏｐ

ＩＬＣｗｅＩＬＣｗｅ

ｔｏｒｑｕｅｏｂｓｅｒｖｅｒｔｏｅｓｔｉｍａｔｅｔｈｅｔｏｒｑｕｅ．Ｕｓｉｎｇ

ａ

ｔｏｒｑｕｅｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｗｏｕｌｄｍａｋｅｔｈｅｄｒｉｖｅｓｙｓｔｅｍｖｅｒｙ

ｅｘ－

ｇｉｖｅｎｓｐｅｅｄｏｆ１５

ａ

ｌｏａｄ

７０

ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＨＡＮＧＨＡＩＭＡＲＩＴＩＭＥＵＮＩＶＥＲＳｎ－Ｙ

ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｖａｌｕｅ．Ｔｈｅｓｅｔｗｏｆａｃｔｏｒｓ

Ｖ０１．３０

ｔｏｒｑｕｅｏｆ２Ｎ・ｍ，ｗｅａｃｔｉｖａｔｅｔｈｅＩＬＣｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｆｔｅｒ３

ｓｅｃｏｎｄｓ

ａｎｄｇｅｔｔｈｅ

ｆｏｌｌｏｗｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓ

ａ８

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ｂｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄ

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ｆｒｏｍｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｎｉｎＦｉｇ．７

ａｎｄ

Ｆｉｇ．８，

Ｆｉｇ．７ａｎｄＦｉｇ．８．

ａｎｄ’Ｉ铀ｌｅ

３ｓｈｏｗｓｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ．

Ｔａｂｌｅ３Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆ

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ＷｉｔｈｏｕｔＩＬｃＷｉｔｈ８ｐｅｅｄｌｏｏｐＩＬＣＷｉｔｈ

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ｌａｒｇｅｌｅａｒｎｉｎｇｇａｉｎｓ国ａｎｄｆ‘’ｓｐｏｅｄｒｉｐｐｌｅ

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ｓｍａｌｌｂｏｕｎｄ

ｉｍｍｅｄｉａｔｅｌｙ（Ｆｉｇ．７（ａ））．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ８（ａ）ｓｈｏｗｓ

目二ＪｒｅｓｕｌｔｆｒｏｍＦｉｇ．

ｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅ

ｓｐｅｅｄｒｉｐｐｌｅｉｓｃｏｍｐｅｎｓａ－

ｔｅｄ，ｔｈｅｍｏｔｏｒｔｏｒｑｕｅｒｉｐｐｌｅｗｏｕｌｄｒｅｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｌｅｍａｎｙｐｒｏｄｕｃｅｄ

（ｂ）ｍｔｈＩＬＣｉｎ

Ｆｉｇ．７

ｌｏｏｐ

ｂｅ

ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｌｙｎｏｉｓｅｓｗｏｕｌｄｂｅ

ｉｓ

ｔｈｅ

ｐｒｉｃｅ

ｈｉｇｈ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ

ｉｎｔｈｅ

ｍｏｔｏｒｔｏｒｑｕｅ，ｗｈｉｃｈ

ｔｏｒｑｕｅ

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Ｆｏｒｔｈｅ

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ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅ，

ｔｈｅｔｏｒｑｕｅｒｉｐｐｌｅｗｏｕｌｄｂｅ

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ｉｎｔｏｒｑｕｅｉｓ

ｈａｒｍｏｎｉｃｓ

ｒｅｄｕｃｅｄ，ａｎｄｎｏ

ｑｕａｎｔｉｆｉｅｓ）ｗｏｕｌｄｂｅｉｎｄｕｃｅｄ

ｄｉｒｅｃｔｌｙ

ｒｉｐｐｌｅｓ（Ｆｉｇ．８（ｂ））．Ｗｈｅｎｔｈｅｔｏｒｑｕｅｒｉｐｐｌｅ

ｒｅｄｕｃｅｄ，ｔｈｅｓｐｅｅｄｒｉｐｐｌｅｗｉｌｌｂｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｌｙ

ｔｈｅ

ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ，ｂｕｔ

ｔｈｉｓ

ｓｃｈｅｍｅｉｓ

ｓｐｅｅｄｒｉｐｐｌｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｉｎ

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ｎｏｔ嬲ｑｕｉｃｋ

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ｓｐｅ沧ｄｌｏｏｐＩＬＣ

（Ｆｉｇ．７）．

（－）ｍｔｈⅡｃｉｎ。ｐｅｅｄｌｏｏｐ

４Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ

ＩｔｉＳｃｌｅａｒｔｈａｔｎｏｎ－ｓｉｎｕｓｅｉｄａｌｆｌｕｘｌｉｎｋａｇｅｄｉｓｔｒｉ－

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ｄｕｅｔｏｔｈｅｐｒｅｓｅｎｃｅｏｆｔｈｅｓｔａｔｏｒｓｌｏｔｓ，ａｃｏｇｇｉｎｇｔｏｒｑｕｅｗｏｕｌｄａｐｐｅａｒｉｎｔｈｅＰＭＳＭ．Ａｔｌｏｗ

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ｏｆ８ｐｅｅｄｒｉｐｐｌｅｉｓｓｅｖｅｒｅａｎｄＰＩｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓｔｏ

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Ｆｉｇ．８

ＩＬＣ

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（编辑陈锋杰）

非正弦永磁同步电机转矩脉动抑制

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

周志斌， 谢卫， Luc LORON， ZHOU Zhibin， XIE Wei， Luc LORON

周志斌,谢卫,ZHOU Zhibin,XIE Wei(上海海事大学物流工程学院,上海,200135)， Luc LORON,Luc LORON(南特综合理工学院电气工程系,南特,44603,法国)上海海事大学学报

JOURNAL OF SHANGHAI MARITIME UNIVERSITY2009，30(2)0次

参考文献(10条)

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相似文献(2条)

1.学位论文 邱建琪 永磁无刷直流电动机转矩脉动抑制的控制策略研究 2002

该文主要研究通过新型控制策略来抑制无刷直流电动机的电磁转矩脉动.根据永磁无刷直流电动机反电势波形的不同,对方波型无刷直流电动机的换相转矩脉动,准正弦波(pseudo-sinusoidal EMF)反电动势无刷直流电动机以及任意波形反电动势无刷直流电动机的电磁转矩脉动,进行了详细的分析,分别提出三种不同的控制策略,进行转矩脉动抑制控制.为了抑制传统的三相六状态120°导通方式控制下方波型无刷直流电动机的换相转矩脉动,该文首先在理想反电动势的条件下推导了换相转矩脉动的解析公式,并由此分析了调制方式、重叠换相技术等对换相转矩脉动的影响,得出了采用重叠换相技术抑制换相转矩脉动适用的电机转速范围.其次分析了120°导通方式下反电动势平顶宽度对转矩脉动的影响,对于平预宽度小于120°电角的非理想梯形波反电动势,定量分析了换相超前角对换相转矩脉动的影响.针对反电动势平顶宽度小于120°电角的无刷直流电动机调速系统,提出了一种基于重叠换相加电流补偿的换相转矩脉动抑制新技术.阐述了抑制齿槽转矩措施对反电动势波形的影响,利用无刷直流电机的数学模型推导并比较了任意平顶宽度梯形波反电动势在正弦波和矩形波两种电流驱动下的电磁转矩脉动情况,得出在梯形波平顶宽度减小到一定数值后采用正弦电流驱动更有利于减小电磁转矩脉动.针对反电动势类似正弦的准正弦波反电动势无刷直流电动机,该文提出一种基于六个离散位置信号的自同步SVPWM(电压空间矢量法)控制方法,用以削弱电磁转矩脉动,分析了实现这种方法的主要控制环节,包括起动时电压空间矢量的初始定位,阻抗角与电流超前角的合理选择以及连续转子位置的估计等.对于实际反电动势波形既非正弦又非梯形波的无刷直流电动机,提出一种新型的任意波形反电动势无刷直流电动机的i=0矢量控制方法,通过坐标变换求解产生恒定电磁转矩所需的q轴电流,并在dq0坐标系下通过矢量控制对q轴参考电流进行跟踪.

2.会议论文 肖曦. 陈长明. 张猛 永磁同步电机失磁状态下的转矩脉动抑制 2009

本文主要对永磁同步电机永磁体失磁时的转矩脉动抑制方法进行研究。永磁体失磁状态下，磁场发生变化，磁密非正弦分布，导致电机电磁转矩脉动。输出的转矩随转子呈周期性脉动，严重影响电机的性能。通过选择磁场同步旋转坐标系下定子电流和永磁体磁链为状态变量，构建估算转子永磁体磁链的卡尔曼滤波器。该估算方法能够精确跟踪磁链的变化。为减少失磁带来的负面影响，提出一种基于永磁体磁链的电流补偿方法，通过该方法，实现了对转矩脉动的抑制。仿真和实验结果表明所提出的方法有效地抑制了转矩脉动。

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