双绕组无轴承开关磁阻电机转矩与悬浮力的优化控制方法

发布时间：2017-10-21 13:44

  本文关键词：双绕组无轴承开关磁阻电机转矩与悬浮力的优化控制方法

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【摘要】：无轴承开关磁阻电机(BSRM)集旋转与悬浮功能于一体,具有结构简单坚固、控制灵活、无需润滑、容错能力强和高速适应性好等优点,适用于恶劣工况,尤其在航空航天等领域具有很大应用前景。对无轴承开关磁阻电机而言,转矩和悬浮力这两个控制对象均与绕组电流、转子位置及电机本体参数有关。为了实现电机高速运行与稳定悬浮,传统控制策略需要根据复杂的数学模型来设计精确的控制算法,导致控制系统过于复杂,动态响应慢,存在较大的转矩和悬浮力脉动。为了解决以上问题,本文以双绕组12/8结构无轴承开关磁阻电机为研究对象,研究其直接转矩与直接悬浮力控制策略。首先,分析了针对普通开关磁阻电机的直接转矩控制方法,研究了其电压矢量的构建及选取方法。鉴于双绕组无轴承开关磁阻电机与普通开关磁阻电机结构的相似点,分析了前者转矩与悬浮统一控制的可行性。在此基础上,建立空间坐标系,分析了双绕组无轴承开关磁阻电机有效磁链的组成;从所有电压矢量组合中选取合理的矢量,构建等效电压矢量;根据转矩与悬浮力的要求,分别阐述了主绕组及悬浮绕组电压矢量的选取方法。其次,在MATLAB/Simulink环境下搭建了基于直接转矩与直接悬浮力控制算法的仿真模型,进行了稳态运行、转速突变及悬浮力突变等情况的仿真,仿真结果验证了本文所提控制策略的可行性。最后,在以DSP和CPLD为控制核心的硬件平台上进行了直接转矩与直接悬浮力的实验研究,实现了电机在所提控制策略下的稳定悬浮,并验证了其在转速突变及径向力突变时良好的动态性能。
【关键词】：开关磁阻电机 无轴承电机 双绕组 直接转矩控制 直接悬浮力控制
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM352
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 注释表10-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 无轴承电机13-15
• 1.1.1 无轴承电机发展背景13-14
• 1.1.2 无轴承电机系统结构14
• 1.1.3 无轴承电机研究概况14-15
• 1.2 开关磁阻电机15-16
• 1.3 无轴承开关磁阻电机16-21
• 1.3.1 无轴承开关磁阻电机研究概况16-17
• 1.3.2 无轴承开关磁阻电机控制策略综述17-21
• 1.4 直接转矩控制研究概况21-23
• 1.5 直接悬浮力控制研究概况23
• 1.6 课题研究意义及文章结构安排23-25
• 1.6.1 课题研究意义23
• 1.6.2 文章结构安排23-25
• 第二章 无轴承开关磁阻电机运行原理与数学模型25-37
• 2.1 无轴承开关磁阻电机运行原理25
• 2.2 无轴承开关磁阻电机数学模型25-36
• 2.2.1 无轴承开关磁阻电机转子角度定义26
• 2.2.2 不考虑径向悬浮力耦合的数学模型26-32
• 2.2.3 无轴承开关磁阻电机数学模型的全角度拓展32-36
• 2.3 本章小结36-37
• 第三章 双绕组无轴承开关磁阻电机DTC与DFC理论37-49
• 3.1 开关磁阻电机的DTC理论37-41
• 3.1.1 开关磁阻电机的直接转矩控制原理37-38
• 3.1.2 空间电压矢量的构建38-40
• 3.1.3 电压矢量的选取方法40-41
• 3.2 双绕组无轴承开关磁阻电机DTC与DFC控制原理41-48
• 3.2.1 双绕组无轴承开关磁阻电机旋转控制与悬浮控制的统一41-42
• 3.2.2 双绕组无轴承开关磁阻电机有效磁链的组成42
• 3.2.3 等效电压矢量的构建42-45
• 3.2.4 等效电压矢量的选择45-46
• 3.2.5 双绕组无轴承开关磁阻电机DTC与DFC控制框图46-47
• 3.2.6 双绕组无轴承开关磁阻电机DTC与DFC控制模型的建立47-48
• 3.3 本章小结48-49
• 第四章 双绕组无轴承开关磁阻电机DTC与DFC的仿真分析49-56
• 4.1 DTC与DFC仿真模型49-50
• 4.2 仿真结果分析50-55
• 4.2.1 稳态仿真分析50-53
• 4.2.2 动态仿真分析53-55
• 4.3 本章小结55-56
• 第五章 双绕组无轴承开关磁阻电机DTC与DFC的实验研究56-64
• 5.1 实验平台介绍56-60
• 5.1.1 实验样机介绍57-58
• 5.1.2 功率电路58
• 5.1.3 采样及调理电路58-59
• 5.1.3.1 电流采样及调理电路58-59
• 5.1.3.2 电压采样及调理电路59
• 5.1.4 数字控制电路59-60
• 5.2 实验验证60-63
• 5.2.1 稳态悬浮实验验证60-62
• 5.2.2 动态悬浮实验验证62-63
• 5.3 本章小结63-64
• 第六章 全文总结与展望64-65
• 6.1 本文主要工作及创新点64
• 6.2 工作展望64-65
• 参考文献65-71
• 致谢71-72
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文72

【参考文献】

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本文编号：1073701