线圈辅助励磁BLDCM双控制器联合仿真与控制系统研究

发布时间：2020-08-13 04:46

【摘要】：线圈辅助励磁无刷直流电机(Coil assisted excitation brushless DC motor,CAE-BLDCM)由两组磁极相关的定/转子凸极结构组成,同时加入了由中央辅助线圈提供的可调磁场,避免了无刷直流电机中永磁体退磁及无法控制永磁量等不利因素,具有结构坚固、耐高温、可靠性高的优点。由于CAE-BLDCM的结构特殊、磁路复杂、解耦困难,对电机控制系统的搭建造成困难。首先,本文通过ANSYS静态、动态仿真分析电机转矩、磁链、电感特性及中央辅助线圈控制效果,并采用不依靠电机参数的智能控制方式,即基于RBF神经网络在线辨识的双神经元自适应智能控制策略,实现电机电枢绕组与中央辅助线圈最优联合控制。然后,本文通过Maxwell、Simplorer和Matlab三个软件联合搭建了一套针对CAEBLDCM的仿真平台,由于CAE-BLDCM非线性强、结构特殊等原因,同样在建立数学模型时也会遇到困难,因此采用联合仿真实现电机不同控制策略时的仿真分析。在电机启动、加速以及突加负载过程中,对比分析常规PID、单神经元自适应PID以及双神经元自适应PID这三种不同控制策略,分析结果表明双神经元自适应PID控制系统具有更好的控制精度、鲁棒性及响应速度。最后,基于电机控制原理在仿真的基础上,搭建了以TMS320F28335DSP为核心的硬件控制平台并进行调试,通过CCS6.0软件开发平台编程,分别实现电机常规PID、单神经元自适应PID以及双神经元自适应PID控制策略。实验结果验证了CAE-BLDCM结构及双神经元自适应PID控制方法的可行性和有效性。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM33;TP273
【图文】：

混合励磁,双凸极电机

沈阳工业大学硕士学位论文chine, HEDSM)。我国对 HEDSM 的开始研究时并始研究的较早，HEDSM 的概念最早是由美国学者斯、欧洲等一些国家也开始对 HEDSM 结构进行了M 研究的深入，在优化设计电机本体参数、控制方面都取得了重要的突破，并有了很多有意义的发励磁绕组相结合在存在有多方面的难点，很难利最佳性能。混合励磁电机的磁路分析比较复杂，大类：串联磁路式、并联磁路式、并列结构式。

结构图,结构图,凸极,绕组

第 2 章线圈辅助励磁无刷直流电机结构及工作原理.1 CAE-BLDCM 结构拓扑CAE-BLDCM 主要由定子、转子、转轴、机壳和绕组五部分组成，其中绕组又转轴中央的中央辅助线圈绕组和在定子上的集中电枢绕组。如图 2.1 所示，为 CLDCM 3D 结构图，其工作原理与开关磁阻电机相类似，都遵循最小磁阻原理，但AE-BLDCM 为轴向磁通走向。由图可知，CAE-BLDCM 采用电枢定子绕组与中央绕组两套绕组相结合的方式，通过对中央线圈通入不同方向大小的电流来改变气密，拓宽了电机的调速范围以及增加了控制上的灵活性。如图 2.2 所示，为 CLDCM 的样机，图 2.2a 为电机的机壳、定子凸极及定子绕组部分，可以看到电枢集中缠绕在定子凸极上，图 2.2b 为电机的转子凸极及转轴部分，转子凸极上无绕组沈阳工业大学硕士学位论文

样机,转子,电机,凸极

a b图 2.2 电机样机定/转子Fig. 2.2 The stator/rotor of motor prototypeCAE-BLDCM 采用 9/6 极结构，不仅与市面上大多三相电机相同，更加方便实机的自启动，三相电机保证了电机控制系统的简洁性，不需要太复杂的控制电路AE-BLDCM 设计的极弧还增加了定子凸极与转子凸极的重叠区域，从而提高了电最大输出转矩的同时还可以减小转矩脉动。.2 电机工作原理双凸极电机都根据“磁阻最小原理”来进行运转，CAE-BLDCM 也采用“最小原理”，磁通将会按照磁阻最小的路径行走，并形成闭合的磁回路。在电机通电时电相的定子凸极与其对应的转子凸极之间会产生磁拉力，将转子凸极拉向磁阻最方向，即定子凸极与转子凸极正对齐的位置。如图 2.3a 所示为电机定转子凸极最阻位置，此时定子凸极与转子槽中心对齐；如图 2.3b 所示为电机定转子凸极最小

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