开关磁阻电机转矩脉动抑制与平滑转速范围提升研究

发布时间：2020-05-31 18:43

【摘要】：对容错性及成本要求较高的应用场合,发展已久的三相永磁电机、异步电机受到本身结构的限制,有时并不能满足实际的需求,而开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)由于其成本低廉,简单,容错性强等优势可广泛地应用于以上要求场合,例如矿车电机驱动系统,航天起动发电系统等。由于其本身的优势及市场需求,国内外很多学者投入到开关磁阻电机的本体与控制的研究中。本文以三相6/4极SRM为研究样本,对开关磁阻电机本体建模、控制策略与转矩脉动抑制等问题进行了深入分析与研究。首先,论文介绍了SRM的运行原理与功率变换器拓扑,研究了其本体的数学模型。在此基础上,根据其磁链与增量电感的数学特征,利用基于傅里叶分解的拟合函数对其电磁特性进行解析式建模。之后,通过转矩平衡与旋转斩波两种方法测得了所需特殊位置的磁链特性曲线,由此建立了SRM全位置磁链模型。利用角度位置控制将仿真与实验中的波形进行相同条件下的对比,证明了建模的准确性。其次,在准确建模的基础上,针对SRM电动运行时转矩波动较大的问题,研究了基于转矩分配函数与直接瞬时转矩控制的控制策略。分析了传统转矩分配函数的电压利用率,并提出一种基于迭代的转矩分配函数寻优方法,离散计算出了各个工作点下的最优转矩分配函数,拓宽了开关磁阻电机平滑转速的范围,对电机设计及控制具有指导意义。基于Simulink的仿真证明了迭代算法的有效性。然后,针对跟踪参考电流时纹波较大的问题,本文提出一种基于增量电感的电流预测控制策略,并对实际控制中的一拍延迟问题进行了补偿。对于预测控制器中电阻参数变化的问题,本文利用递归最小二乘法,在一个电流脉冲周期内使不准确电阻收敛,兼备准确性与快速性,之后给出了转矩内环完整的控制策略。基于Simulink的仿真分别证明了电流预测,参数辨识及转矩内环控制算法的有效性。最后,设计出基于TMS320F28335控制芯片的SRM控制器与主回路的硬件方案,并建立SRM与异步电机(IM)的对拖实验平台,对前文算法进行硬件控制系统实现与验证。通过对多个对比实验结果的分析,证明了上述控制算法的有效性。
【图文】：

平衡曲线,转矩

算注入时间与反馈电流计算特定位置磁链。单次脉冲的注入电压与电流示意图如图 2-7 所示。给定电流 100A，单相通电时，电机的平衡转矩如图 2-8 所示，可以发现，在一个周期中只有对齐位置(45 度)与非对齐位置(0 度)转矩为 0，可使转子处于静止状态进行磁链测量。即单相通电时仅能获取两组磁链数据，这对于拟合函数建立而言是远远不够的。因此，需要利用全部三相转矩，进一步研究可进行磁链特性曲线计算的位置。Udcu(t)-Udcti(t)ut1t2t3i位置(deg)矩转(mN)-200200 15 30 45 60 75 90图 2-7 单次电压注入示意图图 2-8 单相转矩平衡曲线在 A 相角度 0-90 度的位置上，分别计算a bT + T、a cT + T及a b cT + T + T的合成转矩，可以得到如图 2-9 所示的，从图中可见，AB 相在 7.5 度处转矩及 AC 相在15 度处于转矩平衡状态。综上可知

开关磁阻电机,实验平台,驱动器,对拖

....件平台件平台如图 5-1 所示，主要包括，，SRM 本体及其驱动器，功率变换器，对拖感应电机及其驱动器，扭矩传感器等。由于在第二章已经得到相对机模型，所以实验用电机与仿真中所使用的电机参数基本一致，如表
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM352

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