高速无刷直流电机控制器开发及关键技术研究
发布时间：2021-08-23 17:44
燃料电池汽车作为新能源汽车的一种理想技术方案已处于产业化初期,随着国家的支持和研究的深入,燃料电池汽车将会在未来几年迅速推广开来。作为燃料电池汽车空气供应系统的离心式空气压缩机属于超高速旋转机械,通常采用的是高速无刷直流电机驱动。为了能够保证燃料电池空压机稳定高效地工作,本文开发出了一套高速无刷直流电机控制器,并对控制器开发过程中遇到的若干关键问题进行了研究,主要包括:1)建立了在三相对称和稳态条件下,无刷直流电机三相电流的数学模型,在该电流模型的基础上结合最优化方法,构建了能够离线寻找无刷直流电机理想换相位置的仿真系统,并通过该仿真系统对理想换相位置与电机内阻、电感、电气时间常数、转速及负载的关系进行了系统的分析。2)通过分析电枢电流与反电动势的相位关系,推导出了母线电流与换相位置偏差的数学关系,并以此为基础构建了以母线电流变化率为输入量,以换相位置补偿角为输出量的PI调节器,从而提出了“基于母线电流的换相位置优化策略”,实现了换相位置的在线优化。3)提出了一种新型的快速容错控制方法,通过将原有容错控制方法实现过程中的外部中断触发改为定时器中断触发,降低了对微处理器计算量的需求,拓展...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１典型的高速无刷直流电机控制器??１．２．１
ｍ??（ｃ）丨２００００ｒｐｍ，?ｌ２ｋＷ?控制器?（ｄ）?３２〇ＯＯｒｐｍ，?ｌＯＯｋＷ?控制器??图１－１典型的高速无刷直流电机控制器??１．２．１高速无刷直流电机损耗控制研究??高速电机功率密度的提高和体积的减小会导致热量集中和散热困难，其??主要发热源为转子的涡流损耗、定子的铜损、涡流损耗、磁滞损耗和轴承产??生的机械损耗，在电机结构设计过程中，对于定子损耗和轴承损耗可以采用??增加水冷、减小硅钢片厚度和优化轴承结构等措施，但是对于转子涡流损耗，??却没有理想的应对方式［１４］［１５］。??对于普通中低速电机，由于其电频率相对较低且电机绕组电感较大，电??枢电流的谐波成分较低，涡流损耗主要体现在定子铁损发热；但是对于高速??电机而言，最关键的不是定子铁损发热，而是转子涡流损耗发热。高速无刷??直流电机转子的涡流损耗主要是由定子电流谐波产生的，高速电机的电磁设??计决定了其定子电感值很小
为了提高换相精度，宋飞等提出了一种以非导通相续流电流偏差为反馈??量，以控制非导通相续流电流对称为目标的位置信号闭环控制策略，该策略??的实现过程如图１－３所示，该控制策略虽然可以有效校正电机的换相位置，??但是由于其利用的是非导通相续流现象，因此，该方法只适合特定的ＰＷＭ??调制方式，且无法对电感等引起的电流滞后进行补偿［７５］；吴小婧等提出了一??种通过端电压对称来校正换相位置的方法，以端电压差值作为偏差量以相位??补偿角作为被控制量，建立ＰＩ调节器，校正换相位置，该方法可以有效校正??位置信号检测误差，但是同样无法补偿由绕组电感和信号传输等引起的电流??相位滞后误差；?Ｃｈａｕ等将电动车用无刷直流电动机的非对称气隙设计和??相位超前控制相结合，改善了转矩波动并提高了控制效果［７７］；韦鲲等通过实??验检测在不同转速下测得位置信号和实际位置之间的相位误差，建立表格，??然后通过查表法补偿误差
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速电机发展与设计综述[J]. 张凤阁,杜光辉,王天煜,刘光伟. 电工技术学报. 2016(07)
[2]无刷直流电机霍尔传感器安装方法研究[J]. 常亚辉,王莎莎,李建春,郭立杰. 导航与控制. 2015 (04)
[3]无刷直流电机用霍尔传感器定位方法[J]. 刘吉超,李巴津,伍春生. 微电机. 2014(07)
[4]日本新能源汽车发展及对我国的启示[J]. 张天舒. 可再生能源. 2014(02)
[5]不同驱动方式下永磁无刷电动机损耗及热场研究[J]. 赵南南,刘卫国,ZHUZQ. 电机与控制学报. 2013(09)
[6]重载条件下无刷直流电机无位置传感器驱动换相续流影响的分析及其补偿[J]. 杨明,刘杰,徐殿国. 中国电机工程学报. 2013(30)
[7]五种PWM方式对直流无刷电机系统换相转矩脉动的影响[J]. 周美兰,高肇明,吴晓刚,李志. 电机与控制学报. 2013(07)
[8]燃料电池汽车及氢能基础设施在美国的最新进展[J]. 王墨林,王贺武,欧阳明高,江发潮. 汽车安全与节能学报. 2013(02)
[9]高速永磁电机的转子涡流损耗分析[J]. 高鹏飞,房建成,韩邦成,孙津济. 微电机. 2013(05)
[10]PWM调制对无刷直流电机转子涡流损耗的影响[J]. 解恩,刘卫国,罗玲,王璞. 电工技术学报. 2013(02)
博士论文
[1]高速永磁同步电机驱动控制关键技术研究[D]. 谭广军.哈尔滨工业大学 2013
[2]无刷直流电机无位置传感器控制关键技术研究[D]. 李自成.华中科技大学 2010
[3]磁悬浮飞轮储能电机及其驱动系统控制研究[D]. 汤平华.哈尔滨工业大学 2010
[4]三次谐波法无传感器控制的高速永磁无刷直流电机的研究[D]. 王凯.浙江大学 2009
硕士论文
[1]电动汽车驱动电机寿命预测及可靠性测试方法的研究[D]. 闵远亮.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3358314
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１典型的高速无刷直流电机控制器??１．２．１
ｍ??（ｃ）丨２００００ｒｐｍ，?ｌ２ｋＷ?控制器?（ｄ）?３２〇ＯＯｒｐｍ，?ｌＯＯｋＷ?控制器??图１－１典型的高速无刷直流电机控制器??１．２．１高速无刷直流电机损耗控制研究??高速电机功率密度的提高和体积的减小会导致热量集中和散热困难，其??主要发热源为转子的涡流损耗、定子的铜损、涡流损耗、磁滞损耗和轴承产??生的机械损耗，在电机结构设计过程中，对于定子损耗和轴承损耗可以采用??增加水冷、减小硅钢片厚度和优化轴承结构等措施，但是对于转子涡流损耗，??却没有理想的应对方式［１４］［１５］。??对于普通中低速电机，由于其电频率相对较低且电机绕组电感较大，电??枢电流的谐波成分较低，涡流损耗主要体现在定子铁损发热；但是对于高速??电机而言，最关键的不是定子铁损发热，而是转子涡流损耗发热。高速无刷??直流电机转子的涡流损耗主要是由定子电流谐波产生的，高速电机的电磁设??计决定了其定子电感值很小
为了提高换相精度，宋飞等提出了一种以非导通相续流电流偏差为反馈??量，以控制非导通相续流电流对称为目标的位置信号闭环控制策略，该策略??的实现过程如图１－３所示，该控制策略虽然可以有效校正电机的换相位置，??但是由于其利用的是非导通相续流现象，因此，该方法只适合特定的ＰＷＭ??调制方式，且无法对电感等引起的电流滞后进行补偿［７５］；吴小婧等提出了一??种通过端电压对称来校正换相位置的方法，以端电压差值作为偏差量以相位??补偿角作为被控制量，建立ＰＩ调节器，校正换相位置，该方法可以有效校正??位置信号检测误差，但是同样无法补偿由绕组电感和信号传输等引起的电流??相位滞后误差；?Ｃｈａｕ等将电动车用无刷直流电动机的非对称气隙设计和??相位超前控制相结合，改善了转矩波动并提高了控制效果［７７］；韦鲲等通过实??验检测在不同转速下测得位置信号和实际位置之间的相位误差，建立表格，??然后通过查表法补偿误差
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速电机发展与设计综述[J]. 张凤阁,杜光辉,王天煜,刘光伟. 电工技术学报. 2016(07)
[2]无刷直流电机霍尔传感器安装方法研究[J]. 常亚辉,王莎莎,李建春,郭立杰. 导航与控制. 2015 (04)
[3]无刷直流电机用霍尔传感器定位方法[J]. 刘吉超,李巴津,伍春生. 微电机. 2014(07)
[4]日本新能源汽车发展及对我国的启示[J]. 张天舒. 可再生能源. 2014(02)
[5]不同驱动方式下永磁无刷电动机损耗及热场研究[J]. 赵南南,刘卫国,ZHUZQ. 电机与控制学报. 2013(09)
[6]重载条件下无刷直流电机无位置传感器驱动换相续流影响的分析及其补偿[J]. 杨明,刘杰,徐殿国. 中国电机工程学报. 2013(30)
[7]五种PWM方式对直流无刷电机系统换相转矩脉动的影响[J]. 周美兰,高肇明,吴晓刚,李志. 电机与控制学报. 2013(07)
[8]燃料电池汽车及氢能基础设施在美国的最新进展[J]. 王墨林,王贺武,欧阳明高,江发潮. 汽车安全与节能学报. 2013(02)
[9]高速永磁电机的转子涡流损耗分析[J]. 高鹏飞,房建成,韩邦成,孙津济. 微电机. 2013(05)
[10]PWM调制对无刷直流电机转子涡流损耗的影响[J]. 解恩,刘卫国,罗玲,王璞. 电工技术学报. 2013(02)
博士论文
[1]高速永磁同步电机驱动控制关键技术研究[D]. 谭广军.哈尔滨工业大学 2013
[2]无刷直流电机无位置传感器控制关键技术研究[D]. 李自成.华中科技大学 2010
[3]磁悬浮飞轮储能电机及其驱动系统控制研究[D]. 汤平华.哈尔滨工业大学 2010
[4]三次谐波法无传感器控制的高速永磁无刷直流电机的研究[D]. 王凯.浙江大学 2009
硕士论文
[1]电动汽车驱动电机寿命预测及可靠性测试方法的研究[D]. 闵远亮.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3358314
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