基于神经网络的混合励磁同步电机电流分配与控制技术研究
发布时间：2020-07-14 19:54
【摘要】：混合励磁同步电机是一种具有高功率密度、高转矩密度与宽调速范围的新型电机,在电动汽车领域具有广阔的应用前景。本课题结合电动汽车要求及PMSM控制理论和控制方法,对HESM的电流分配、电流的解耦与系统控制等问题进行了研究:首先,针对高速区弱磁调速带载能力下降的问题,提出了一种计及d轴反电动势的基本电流改进控制方法,该方法在保持反电动势(Ebase)不变条件下降低励磁电流或d轴电流,增大了输出转矩。仿真实验表明,高速区输出转矩从原来的2N.m提升至3N·m。其次,针对所提基本电流改进控制存在的非线性问题,提出了基于BP神经网络的电流分配逼近算法,该算法采用函数逼近方法将非线性方程简化,简化了HESM调速系统结构。仿真实验结果达到了预期效果。另外,针对电机参数摄动、负载扰动时电枢电流、励磁电流参考值振荡问题,利用BP神经网络电流分配控制器逼近参数稳定情况下的各电流参考值,有效减小了电流参考值振荡,降低控制器参数敏感性。仿真结果表明,低速区控制时励磁电流参考值振荡幅值减小至33%;高速区控制时d轴电流参考值振荡幅值减小至40%,q轴电流参考值振荡幅值减小至20%,电磁转矩振荡减小至25%。最后,针对HESM电流环控制器中的非线性耦合问题,提出了HESM精确线性化控制,利用非线性系统的微分几何理论,将直轴电流、励磁电流与机械角速度解耦为3个独立、线性子系统,实现调速系统全局范围内电流环动态解耦,提高系统动态性能。通过理论分析和仿真实验,所提出的HESM控制方法能够解决弱磁控制带载能力受限、基本电流改进控制方程计算复杂、电机参数摄动与负载扰动时各电流参考值振荡和电流环非线性耦合问题,适用于HESM调速系统。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM341;TP183
【图文】：
两者呈并联关系，如图1-1 所示。pmF 、mfF 分别为永磁磁势与电励磁磁势，pmR 、ironR 分别为永磁磁阻与铁心磁阻；mfR 特指电励磁支路的铁心磁阻；“外部”指主磁极之外的气隙和定子部分。图 1-1 并联磁势式 HESM 电励磁与永磁磁势的磁路关系图Fig.1-1Magnetic Circuit Diagram of Parallel Magnetic Potential HESM Electric Field Excitation andPermanent Magnet Magnetic Potential电励磁磁通经过“支路 2”构成闭合磁路，不通过永磁体，因此磁阻相对较小，降低了永磁体出现永久退磁的风险。1989年，英国学者E.Spooner提出了径向磁场转子磁极分割型HESM[12,13]，简称CPPM（conseguent pole permanent magnet hybrid excitation machine,CPPM），结构如图 1-2 所示。它是一种典型的并联磁势式 HESM，该拓扑结构提出后，引起了各国学者的广泛关注。该电机的定子电枢绕组为三相对称绕组。考虑到无刷化需求，直流励磁绕组安放于定子上，定子铁心被环形直流励磁绕组分成了两部分，这两部分铁心由其外部的定子背轭（用于轴向导磁的机壳）实现机械和磁连接；转子分为 N 极端和 S 极端两个部分，每极端由同极性永磁极和铁心形成的中间极交错排列，且两端的 N、S 永磁极与中间极也交错排列。转子铁心及转轴间有一实心导磁套筒（转子背轭）
图 1-1 并联磁势式 HESM 电励磁与永磁磁势的磁路关系图Fig.1-1Magnetic Circuit Diagram of Parallel Magnetic Potential HESM Electric Field Excitation andPermanent Magnet Magnetic Potential电励磁磁通经过“支路 2”构成闭合磁路，不通过永磁体，因此磁阻相对较小，降低了永磁体出现永久退磁的风险。1989年，英国学者E.Spooner提出了径向磁场转子磁极分割型HESM[12,13]，简称CPPM（conseguent pole permanent magnet hybrid excitation machine,CPPM），结构如图 1-2 所示。它是一种典型的并联磁势式 HESM，该拓扑结构提出后，引起了各国学者的广泛关注。该电机的定子电枢绕组为三相对称绕组。考虑到无刷化需求，直流励磁绕组安放于定子上，定子铁心被环形直流励磁绕组分成了两部分，这两部分铁心由其外部的定子背轭（用于轴向导磁的机壳）实现机械和磁连接；转子分为 N 极端和 S 极端两个部分，每极端由同极性永磁极和铁心形成的中间极交错排列，且两端的 N、S 永磁极与中间极也交错排列。转子铁心及转轴间有一实心导磁套筒（转子背轭），用于转子的轴向导磁[14]。
西安理工大学硕士学位论文生的磁场叠加而成的[15]。（1）如图 1-3(a)所示，若励磁电流为零，气隙主要由永磁体提供，气隙磁通经过 N极永磁极到 S 极永磁极。（2）电流通入直流励磁绕组后，由于永磁极磁阻大于铁心极磁阻，因此电励磁磁势产生的磁通主要通过铁心极、气隙以及定子、转子铁心形成回路。如图 1-3(b)所示，若励磁绕组中通过的电流 0fI （方向与图 1-2(a)所示相反），根据右手定则可以得出同一极端永磁体极和铁心极磁场方向相同，轴向磁场增强，使得气隙有效周向磁场减弱，起弱磁作用。（3）若励磁电流与图 1-2(a)所示方向相同，即 0fI ，如图 1-3(c)所示，则同一极端永磁体极与铁心极磁场方向相反，轴向磁场减弱。随着fI 的增加，用于能量转换的气隙有效周向磁场增强，起增磁作用。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM341;TP183
【图文】：
两者呈并联关系，如图1-1 所示。pmF 、mfF 分别为永磁磁势与电励磁磁势，pmR 、ironR 分别为永磁磁阻与铁心磁阻；mfR 特指电励磁支路的铁心磁阻；“外部”指主磁极之外的气隙和定子部分。图 1-1 并联磁势式 HESM 电励磁与永磁磁势的磁路关系图Fig.1-1Magnetic Circuit Diagram of Parallel Magnetic Potential HESM Electric Field Excitation andPermanent Magnet Magnetic Potential电励磁磁通经过“支路 2”构成闭合磁路，不通过永磁体，因此磁阻相对较小，降低了永磁体出现永久退磁的风险。1989年，英国学者E.Spooner提出了径向磁场转子磁极分割型HESM[12,13]，简称CPPM（conseguent pole permanent magnet hybrid excitation machine,CPPM），结构如图 1-2 所示。它是一种典型的并联磁势式 HESM，该拓扑结构提出后，引起了各国学者的广泛关注。该电机的定子电枢绕组为三相对称绕组。考虑到无刷化需求，直流励磁绕组安放于定子上，定子铁心被环形直流励磁绕组分成了两部分，这两部分铁心由其外部的定子背轭（用于轴向导磁的机壳）实现机械和磁连接；转子分为 N 极端和 S 极端两个部分，每极端由同极性永磁极和铁心形成的中间极交错排列，且两端的 N、S 永磁极与中间极也交错排列。转子铁心及转轴间有一实心导磁套筒（转子背轭）
图 1-1 并联磁势式 HESM 电励磁与永磁磁势的磁路关系图Fig.1-1Magnetic Circuit Diagram of Parallel Magnetic Potential HESM Electric Field Excitation andPermanent Magnet Magnetic Potential电励磁磁通经过“支路 2”构成闭合磁路，不通过永磁体，因此磁阻相对较小，降低了永磁体出现永久退磁的风险。1989年，英国学者E.Spooner提出了径向磁场转子磁极分割型HESM[12,13]，简称CPPM（conseguent pole permanent magnet hybrid excitation machine,CPPM），结构如图 1-2 所示。它是一种典型的并联磁势式 HESM，该拓扑结构提出后，引起了各国学者的广泛关注。该电机的定子电枢绕组为三相对称绕组。考虑到无刷化需求，直流励磁绕组安放于定子上，定子铁心被环形直流励磁绕组分成了两部分，这两部分铁心由其外部的定子背轭（用于轴向导磁的机壳）实现机械和磁连接；转子分为 N 极端和 S 极端两个部分，每极端由同极性永磁极和铁心形成的中间极交错排列，且两端的 N、S 永磁极与中间极也交错排列。转子铁心及转轴间有一实心导磁套筒（转子背轭），用于转子的轴向导磁[14]。
西安理工大学硕士学位论文生的磁场叠加而成的[15]。（1）如图 1-3(a)所示，若励磁电流为零，气隙主要由永磁体提供，气隙磁通经过 N极永磁极到 S 极永磁极。（2）电流通入直流励磁绕组后，由于永磁极磁阻大于铁心极磁阻，因此电励磁磁势产生的磁通主要通过铁心极、气隙以及定子、转子铁心形成回路。如图 1-3(b)所示，若励磁绕组中通过的电流 0fI （方向与图 1-2(a)所示相反），根据右手定则可以得出同一极端永磁体极和铁心极磁场方向相同，轴向磁场增强，使得气隙有效周向磁场减弱，起弱磁作用。（3）若励磁电流与图 1-2(a)所示方向相同，即 0fI ，如图 1-3(c)所示，则同一极端永磁体极与铁心极磁场方向相反，轴向磁场减弱。随着fI 的增加，用于能量转换的气隙有效周向磁场增强，起增磁作用。
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1 孙军田;张U
本文编号：2755414
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