开关磁阻电机调速系统性能优化方法研究

发布时间：2018-12-11 08:55

【摘要】：本文的研究内容是山西省自然科学基金“开关磁阻电机互感特性及其对转矩影响的研究”(项目编号:110148032)的重要组成部分。开关磁阻电机(SRM)特有结构使其具有调速范围宽、运行可靠、起动性能优异、工作效率高等优点,具有很好的应用前景,得到了国内外学术界的广泛关注和研究。但SRM的非线性、变参数特性为其控制带来难题,在非线性控制策略方面,如何设计出兼顾实现成本与控制效果的控制器还需要进一步研究;具有较高的运行效率,但是效率的优势需要结合相应控制策略才能发挥;SRM高速运行时带负载能力不足。因此,研究优化SRM性能的控制方法对提升SRM的市场竞争力具有重要的现实意义。本文在查阅资料,现场调研的基础上,针对SRM在非线性控制技术方面存在的问题,以一台三相12/8极,功率为7.5kW的SRM为研究对象,致力于从控制角度提高SRM的性能,对SRM的控制方法进行了全面而深入的研究,具体研究内容如下:在原有SRM控制电路的基础上,设计并完善了以TMS320F28335为控制核心的新系统硬件电路,主要包括电流信号检测与调理电路、转子位置信号检测与调理电路、串口通讯电路等。采用C语言编写了新系统应用程序,主要包括SRM平滑起动子程序、换相子程序、转速计算子程序、控制方式子程序、通讯程序、电机过流、过载保护等故障保护程序。SRM的非线性电感特性使控制器设计复杂,工程上难以实现,尽管传统PI控制器相对简单,但不能满足整个调速范围内的高性能控制要求。针对这一问题,本文建立了SRM在s域一阶动态模型,提出了变增益调节的自适应控制方法,设计了工程上易于实现的变增益PI转速控制器。转速控制器的输出根据电机转速的高低分别作为参考电流或占空比,给出了PI参数随系统控制电压和转速变化的表达式,实现了PI参数的自适应调节。通过实验对比了传统PI控制器和变增益PI控制器的控制效果,实验结果表明采用变增益PI控制器时,系统动态响应快,超调小,稳态精度高,有较强的抗扰动能力。SRM的非线性、多变量和强耦合等特点使得传统开关角优化解析方法在SRM中很难取得理想的控制效果。根据SRM电感非线性特点,提出了一种简单、易于实现的SRM小电感区非线性建模方法。采用有限元仿真计算SRM的电感参数,建立了小电感区非线性电感模型。基于小电感模型以及电机运行时的反电动势,导出了最优开通角计算模型;基于SRM运行时的磁链变化规律以及得出的最优开通角,推导了最优关断角计算模型,实现了开通角与关断角根据电机运行工况自适应调节的功能。针对已有单双相励磁方法只能适用低转速范围的不足,在已有控制方法的基础上提出一种简单实用的,尤其适用于SRM高速运行的改进型单双相励磁控制方法。基于SRM矩角特性对改进单双相励磁方法进行了理论分析,并通过软件编程实现。通过实验对比了单相励磁方法和改进单双相励磁方法的控制效果,实验结果表明改进单双相励磁方法提高了SRM在高速运行时带载能力。
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【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM352

【参考文献】