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基于改進模型預測的BLDCM轉矩脈動抑制研究

來源：電工電氣發布時間：2024-11-04 14:04 瀏覽次數：309

基于改進模型預測的BLDCM轉矩脈動抑制研究

王雷，崔玉鑫，王育安，史國航

(河北科技大學電氣工程學院，河北石家莊 050018)

摘要：由于電機結構設計和控制方法等因素，無刷直流電機(BLDCM)在運行過程中會產生轉矩脈動，引起電機在全速運行時出現抖動。分析了換相轉矩脈動產生的原因，結合占空比預測方法提出一種改進的模型預測控制方法，使用占空比預測替代傳統的電流環 PI 控制器，并將預測的占空比用于 PWM_ON_PWM 調制波的生成，避免了傳統 PI 控制復雜的參數設置，有效減少了部分轉矩波動。推導了在換相過程中插入單管調制和三管調制對非換相相電流的抑制作用，并設計了新型代價函數，實現了最優開關狀態插入的模型預測控制。在電流預測過程中，提出一種動態反饋修正方法，消除了因電機運行參數變化帶來的預測值偏移問題。通過仿真實驗驗證了所提控制策略在不同轉速下對減小換相轉矩脈動的有效性，并顯著提高了無刷直流電機控制系統的控制性能。

關鍵詞： 無刷直流電機；轉矩脈動；模型預測；動態修正；占空比；代價函數

中圖分類號：TM33 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3175(2024)10-0008-06

Research on BLDCM Torque Ripple Suppression Based on

Improved Model Prediction

WANG Lei, CUI Yu-xin, WANG Yu-an, SHI Guo-hang

（School of Electrical Engineering, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang 050018, China）

Abstract: Due to factors such as the structural design of the motor and control methods, brushless direct current motors (BLDCM) generates torque ripple during operation, causing the motor to vibrate during full-speed operation. In this paper, the causes of commutation torque ripple are analyzed, and an improved model predictive control method is proposed in combination with the duty cycle prediction method, which replaces the traditional current loop PI controller with duty cycle prediction, and uses the predicted duty cycle for the generation of PWM_ON_PWM modulation waves, which avoids the complex parameter settings of the traditional PI control and effectively reduces part of the torque fluctuation. In the process of current prediction, a dynamic feedback correction method is proposed to eliminate the prediction value offset problem caused by changes in motor operating parameters. Finally, simulation experiments verified the effectiveness of the proposed control strategy in reducing commutation torque ripple at different speeds, and significantly improved the control performance of the brushless DC motor control system.

Key words: brushless direct current motor; torque ripple; model prediction; dynamic correction; duty cycle; cost function

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