基于改进型驱动策略的永磁无刷直流电机驱动技术研究

发布时间：2017-11-02 07:10

  本文关键词：基于改进型驱动策略的永磁无刷直流电机驱动技术研究

  更多相关文章： 永磁无刷直流电机 转矩脉动 多路输出DC-DC变换器 电压切换型控制 双环滞环调节器

【摘要】：永磁无刷直流电机具有功率密度大、转矩/电流比大、控制简单、效率高、结构简单可靠等优点,在工业和消费领域正在得到越来越广泛的应用。现有的无刷直流电机驱动系统电流和转矩脉动较大、控制效果较差,从而影响了其在高性能传动领域的应用,因此有必要对现有的驱动系统进行改进。传统的永磁无刷直流电机驱动系统采用电压型逆变器(VSI)供电。本文首先分析了采用逆变器PWM斩波驱动策略时,无刷直流电机的运行特性。在两相持续导通区间,永磁无刷直流电机驱动系统通常采用PWM斩波方案进行调速。由于等效电感较小,且受制于功率管的开关频率,定子电流在传导区存在较大的高频电流脉动。此脉动增加了转子损耗、降低了电机工作效率、严重时还会增加永磁体退磁的风险。与此同时,在换向期间,关断相和开通相电流变化率不相等会造成非换向相电流会产生跌落,从而形成换向转矩脉动。换向转矩脉动较大且为低频脉动,会对系统的控制精度造成严重影响。本文通过分析指出,抑制传导区高频脉动和换向脉动的关键在于相电流变化率的控制,而相电流变化率决定于所施加的电压空间矢量的幅值。从这个角度入手,本文指出,拓展电压空间矢量的幅值是解决上述问题的关键。通过进一步分析指出,利用该思想不但可以有效抑制上述两种脉动,还能够获得更快速的转矩响应,可谓全面提升了驱动系统的性能。本文在该思想的基础上提出了一种新型电压切换型驱动策略(VSC)。其中包括,设计了一种升降压型多路输出DC-DC变换器(MOC)。该变换器能够同时实现升压和降压,将其与VSI级联作为新型的供电拓扑,前级MOC实现电压切换,后级VSI实现自然换向。为了实现最优电流控制,本文采用了一种内外双环宽电流滞环调节器,并定制了最优电压选择表,实现了最优控制。采用本文所提出的VSC方案后,稳态传导区内,调节器将根据实时转速自动选择与线反电动势值最为接近的两个电压值交替作用于VSI,以获取相对最小的传导区脉动;换向期间,驱动系统会自动选择一个较高的电压值作用逆变器母线,加快开通相电流上升率使之与关断相电流变换率相匹配,从而消除换向脉动;本系统还具备一个额外的优势,阶跃转矩响应期间,调节器会自动选择高压矢量/零矢量来加快转矩响应速度;除上述三点之外,本文所提出的新型驱动方案还能带来另外一个显著优点,即可以利用前级MOC为控制器、散热风扇、以及其他辅助设备供电,从而省去了额外的辅助电源,简化了系统。综上所述可以看出,本文所提出的VSC驱动方案可以从多方面改进驱动系统的性能。在理论分析的基础上,本文在MATLAB/SIMULINK环境下搭建了驱动系统的仿真模型,对传统及改进型驱动策略进行了仿真对比。然后搭建了实验平台,进行了实验验证。仿真和实验都证明,本文所提出的改进型驱动策略能够如前所述全面的提升驱动系统的性能。
【关键词】：永磁无刷直流电机 转矩脉动 多路输出DC-DC变换器 电压切换型控制 双环滞环调节器
【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】：TM33
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 注释表12-13
• 缩略词13-14
• 第一章 绪论14-19
• 1.1 研究背景及意义14-15
• 1.2 研究现状15-17
• 1.3 研究思路及内容17-19
• 第二章 无刷直流电机运行特性及改进型驱动策略分析19-29
• 2.1 无刷直流电机驱动系统概述19-22
• 2.2.1 数学模型19-21
• 2.2.2 基于VSI供电的电流闭环驱动策略21-22
• 2.2 电流/转矩脉动根源分析22-25
• 2.2.1 传导区高频电流脉动22-23
• 2.2.2 换向脉动23-25
• 2.3 电压空间矢量的幅值拓展及其作用25-28
• 2.3.1 基本思想及实现方法25-27
• 2.3.2 电流/转矩脉动抑制原理及其他优势27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 一种新型电压切换型驱动策略29-44
• 3.1 引言29
• 3.2 新型电压切换型驱动策略(VSC)29-36
• 3.2.1 基于前级升降压型MOC的新型供电拓扑30-33
• 3.2.2 内外双环宽电流滞环调节器33-35
• 3.2.3 最优控制电压选择表35
• 3.2.4 驱动效果改善分析35-36
• 3.3 仿真分析36-43
• 3.3.1 升降压型MOC仿真分析37-38
• 3.3.2 VSC驱动策略稳态性能仿真分析38-42
• 3.3.3 VSC驱动策略动态性能仿真分析42-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 实验平台设计及实验验证44-57
• 4.1 实验平台搭建44-45
• 4.2 控制算法编写45-52
• 4.2.1 MATLAB/Embedded Coder代码生成技术45-50
• 4.2.2 控制算法编写50-51
• 4.2.3 上位机编制51-52
• 4.3 实验验证52-56
• 4.3.1 升降压型MOC阻性负载实验52
• 4.3.2 VSC驱动策略稳态性能实验52-55
• 4.3.3 VSC驱动策略动态性能实验55-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第五章总结与展望57-61
• 5.1 毕业论文工作总结57-58
• 5.2 后续工作和展望58-61
• 5.2.1 新型供电拓扑的拓展应用58-59
• 5.2.2 优化工作59-61
• 参考文献61-65
• 致谢65-67
• 攻读硕士学位期间发表论文及专利情况67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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本文编号：1130493