基于自抗扰迭代学习控制的开关磁阻电机调速系统研究

发布时间：2020-09-28 06:23

　　开关磁阻电机调速系统(SRD)是继变频调速系统、无换向器电机调速系统之后发展的新一代调速系统,其主要由开关磁阻电机(SRM)、功率变换器、控制器和检测装置四部分组成。其中开关磁阻电机具有结构简单、制造成本低、调速范围宽、可靠性高、控制变量多、高效率等优点。其产品在电动车驱动、家用电器、航空工业、伺服系统等各领域都有广泛的应用。但是由于开关磁阻电机双凸极结构及磁路饱和非线性的原因所带来的转矩脉动严重等问题,导致开关磁阻电机的应用推广一直受到制约。本文设计了基于自抗扰迭代学习控制的电流控制器和转矩控制器。自抗扰迭代学习控制比传统的迭代学习控制具有更快的收敛性,且控制过程不需要被控系统精确的模型和参数的先验知识,用于开关磁阻电机的控制具有明显的优势。本文以STM32微控芯片作为核心控制器,搭建了基于自抗扰迭代学习的开关磁阻电机调速系统,对其转矩脉动抑制和电流跟踪进行了仿真分析和实验研究。本文先介绍开关磁阻电机的发展状况,并分析其优缺点。对电机的结构、数学模型及工作原理进行研究与分析,总结非线性电机模型的两类计算方法,并分析开关磁阻电机常用的三种控制策略。其次,对迭代学习控制的原理和结构进行分析,在时域的扩张状态观测器(ESO)的基础上,引入迭代域的线性迭代扩张状态观测器(LIESO)的概念,并研究了本文的核心控制算法——自抗扰迭代学习控制。然后,通过MATLAB的Simulink搭建仿真平台,分别从电流控制和转矩控制对基于自抗扰迭代学习控制的SRD进行了仿真研究。基于转矩分配的策略,设计了基于自抗扰迭代学习的电流控制器与转矩控制器。并通过多组仿真对比,验证其在SRD控制中的优越性。仿真结果表明,电流控制器采用自抗扰迭代学习控制算法,电流跟踪精度比采用电流斩波控制(精度为0.1A)高90%,电流跟踪速度比采用自抗扰控制(ADRC)快。基于本文的控制策略,采用自抗扰迭代学习控制的非线性转矩补偿器,相较于采用ADRC,矩脉动系数降低61%;相较于采用传统迭代学习控制(ILC)需要二十多个周期收敛,其收敛速度更快。说明基于自抗扰迭代学习的转矩控制策略能有效抑制SRM的转矩脉动。最后,设计了一个开关磁阻电机调速系统的实验平台,被控对象为实验室现有的375W的8/6四相的开关磁阻电机,以STM32微控芯片作为控制器。通过LabVIEW设计上位机界面实现人机交互功能。本文设计了系统的各部分硬件电路并详细说明,以流程图的形式分析电机实际工作时软件的控制流程,通过设计LabVIEW程序框图实现电机监控与数据采集。且在实际系统的基础上,使用示波器测量位置信号、控制信号及相电流波形并对其进行分析,并通过LabVIEW界面展示了上位机与下位机交互的功能。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM352
【部分图文】：

开关磁阻电机调速系统

图 1-1 开关磁阻电机调速系统结构 SRM 是系统的能量转换部分，通过它实现将电能转换为机械能干个起开关作用的功率元器件，它们的通断决定着向电机的哪测装置能检测转子当前的位置，电流检测电路能测得相电流。控，它控制着 SRM 的导通相序，确保电机正常运行。统的工作过程是：控制器得到上位机的给定指令（如：启动、给）后，通过位置检测装置得到电机转子当前位置，控制器得到位根据先验知识得知此时该导通绕组相，然后控制器再通过控制算实际速度、实际电流）计算输出一个占空比。最后控制器输出设控制信号控制功率变换器，开通相应位置的功率器件，电源电流RM 定子指定的某一相，由于遵循“磁阻最小原则”，转子转动电机运转最终将顺时针转动达到 800r/min 的速度。磁阻电机的性能特点

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