基于SEPIC變換器的無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制方法

無刷直流電機(jī)（BLDCM）具有良好的調(diào)速和控制性能，同時(shí)又具有功率密度高、功率因數(shù)高、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高等一列優(yōu)點(diǎn)，非常適合在農(nóng)業(yè)電動(dòng)車輛上作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)使用。但是，無刷直流電機(jī)在車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)存在換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大、無位置傳感器控制、制動(dòng)能量回饋制動(dòng)困難等一些問題，這也是無刷直流電機(jī)沒有在電動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中得以廣泛應(yīng)用的主要原因。為提高無刷直流電動(dòng)機(jī)的性能，研究提出了一種使用單端初級(jí)電感變換器（SEPIC）調(diào)節(jié)無傳感器無刷直流（BLDC）電機(jī)的組合方法，以改善無刷直流電機(jī)速度環(huán)和轉(zhuǎn)矩環(huán)的控制策略。其中，研究以減小無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)為目的，基于金鷹優(yōu)化（GEO）算法和徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RBFNN）算法結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)無數(shù)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的控制。研究所提出的改進(jìn)的無橋單端初級(jí)電感變換器，可用于調(diào)節(jié)比例積分微分（PID）控制器的參數(shù)，從而提高無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制中轉(zhuǎn)速閉環(huán)（PID）控制器的性能，為無刷直流電機(jī)的控制提供了新思路。

02 研究內(nèi)容

為了控制無刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，研究提出了基于GEO-RBFNN的PID控制器。所提出的無刷直流電機(jī)無傳感器控制結(jié)構(gòu)如圖所示。研究中，PID控制器作為建議的控制器來整定控制參數(shù)。該P(yáng)ID控制器產(chǎn)生PWM信號(hào)進(jìn)行控制參數(shù)的最優(yōu)整定，為改進(jìn)的無橋SEPIC變換器提供PWM信號(hào)，實(shí)現(xiàn)無傳感器無刷直流電動(dòng)機(jī)的最優(yōu)速度控制和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制。

如圖所示，研究采用GEO - RBFNN算法實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩控制和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小化，通過在MATLAB/Simulink平臺(tái)上建立了GEO-RBFNN模型，結(jié)果表明，采用該方法計(jì)算的定子電流、功率因數(shù)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)分別為1.26%、0.9951和7.4，與現(xiàn)有的FA和PSO方法相比，該方法的有效性提高了計(jì)算效率。

如圖所示，研究在沒有控制器的情況下，分析了基于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩變化、定子電流、定子電動(dòng)勢的對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制的效果以及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制的實(shí)現(xiàn)方法。

研究采用的GEO-RBFNN方法以較少的迭代次數(shù)提供可靠的結(jié)果，GEO-RBFNN支持簡單的計(jì)算，并提供了較低的難度，但研究所建立的控制算法對(duì)于高轉(zhuǎn)速的大功率系統(tǒng)，其控制模型的性能有限，與此同時(shí)，該研究未實(shí)現(xiàn)控制器參數(shù)的自適應(yīng)整定，因此無法保證系統(tǒng)在復(fù)雜工作階段下的穩(wěn)定性。

03 研究結(jié)論

研究提出了一種控制無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的新方法。在MATLAB/Simulink平臺(tái)上建立GEO-RBFNN模型;并與現(xiàn)有的FA和PSO方法進(jìn)行了性能比較。該系統(tǒng)比現(xiàn)有方法具有更好的效果，在實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制上(現(xiàn)有方法)抑制效率為75%。FA、PSO和研究所提出方法的效率分別為82.136%、77.26588%和97.99038%。研究所提出的方法有效性提高了計(jì)算效率，與此同時(shí)，研究通過改進(jìn)無橋單端初級(jí)電感變換器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)比例積分微分（PID）控制器的參數(shù)的調(diào)節(jié)，從而提高無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制中轉(zhuǎn)速閉環(huán)（PID）控制器的性能，為無刷直流電機(jī)的控制提供了新思路。

責(zé)任編輯：彭菁