线圈辅助磁阻型无刷直流电机制动控制的实现及性能分析
发布时间：2022-01-04 20:49
无刷直流电机具有结构简单、启停容易控制、制动方便等诸多优点,因此无刷直流电机在国家航空航天、工业自动化等领域都有很多的应用。在近几十年来,我国对无刷直流电机的本体设计,以及调速系统的控制研究已经颇具成果,但如今无刷直流电机制动运行状态的研究较少。本文研究的线圈辅助磁阻型无刷直流电机（Coil-Assisted Reluctance Brushless DC motor,CAR-BLDCM）由两组磁极相关的定转子凸极结构组成,电机中央加入辅助线圈,提供可调磁场。本文以一台三相9/6极结构的3KW线圈辅助磁阻型无刷直流电机作为控制对象,对该电机的制动及正反快速切换运行进行研究。首先,在了解了无刷直流电机工作原理、机械转换特性的基础上针对非线性的建模难点进行相关分析,最终确定了准线性模型的磁链、相电流的变化特性曲线以及PI调速等方法的理论构建。在制动运行的过程中,我们将用线性化模型来分析电机,对常用的三种控制方法进行分析比较,考虑到电机在制动运行过程中可能产生过流的问题,我使用的解决方法是将电压斩波与电流限幅相结合。之后,通过理论的分析研究,对与无刷直流电机调速系统相关的硬件和软件进行设计。...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：52 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CAR-BLDCM三维结构图
第2章CAR-BLDCM工作原理及数学模型52.1.2CAR-BLDCM工作原理SRM在运行时依据磁阻最小原理，下面我以四相8/6极SRM当做例子介绍SRM工作原理。图2.2为四相8/6极SRM运行原理图，其中图左为控制SRM运行的功率变换电路，图右为SRM剖面图。SRM定子分为A、B、C、D四相，将开关S1、S2闭合，电源Es向A相定子绕组通电，使得转子齿部1和1"顺时针旋转至到A相定子齿部对齐位置，这个时候A相转矩为零。开关S1和S2断开，绕组电感储存电流沿VD1和VD2回流至电源，即续流。接着由B相重复以上操作，可以看出，转子的旋转方向和绕组的通电方相反，并且转子旋转方向绕组电流方向无关[19]。图2.2四相8/6极SRM运行原理图Fig.2.2Four-phase8/6poleSRMworkingprinciplediagramCAR-BLDCM是由两组磁极相关的定/转子构成，但两者磁路走向完全不同。传统SRM是径向走磁，磁路在图2.2的剖面分布，而CAR-BLDCM为轴向走磁，图2.3为电机磁路走向示意图，1为电枢绕组磁通路径，2为中央辅助线圈磁通路径。电机右侧定子绕组通电产生的磁通经转子铁心到达转轴，磁通通过转轴表面的导磁材料传到电机左侧转子铁心，再从对应的左侧定子铁心经由电机机壳传到右侧定子铁心，形成磁路“大循环”，电机中央的辅助线圈产生的磁通与“大循环”同路径。
沈阳工业大学硕士学位论文6aCAR-BLDCM3D磁路走向图bCAR-BLDCM2D磁路走向图图2.3CAR-BLDCM磁路走向图Fig.2.3CAR-BLDCMmagneticpathdiagram2.2CAR-BLDCM数学模型由于SRM的非线性特点，使得在建立准确的数学模型时变的非常困难，而SRM的数学模型对电机的性能优化以及控制方法都有重要的意义，因此经过多年国内外学者的研究，简化了SRM数学模型，将模型分为以下三种类型：线性、分段线性以及非线性。CAR-BLDCM与SRM数学模型相似，本文以线性模型为例介绍电机的电感特性。CAR-BLDCM在定子凸极与转子凸极相对的位置时绕组电感值达到最大值;相反，当电机位置与定子凸极和转子槽相对时，相绕组的电感值最校当处于上述两个位置之间时，相电感值被简化成线性函数。由于CAR-BLDCM的定/转子极弧均为30度，所以相电感的最大值和最小值处均无平稳阶段。图2.4为CAR-BLDCM电感线性模型图[20]。图2.4CAR-BLDCM电感线性模型图Figure2.4CAR-BLDCMinductancelinearmodeldiagram
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模型预测控制的开关磁阻电机转矩脉动抑制方法研究[J]. 杨文浩,苟斌,雷渝,宋潇潇,王军. 电工电能新技术. 2020(08)
[2]基于预测电流控制算法的开关磁阻电机转矩脉动抑制策略[J]. 蔡辉,王辉,李孟秋,沈仕其,游紫露. 中国电机工程学报. 2019(16)
[3]线电感特征点定位的开关磁阻电机无位置传感器控制方法[J]. 匡斯建,张小平,刘苹,张光辉,张铸. 控制理论与应用. 2020(03)
[4]考虑铁芯磁饱和的开关磁阻电机电感及转矩解析建模[J]. 左曙光,刘明田,胡胜龙. 西安交通大学学报. 2019(07)
[5]基于预处理BP神经网络的开关磁阻电机建模[J]. 孙利宏,赵永生,李存贺,柳健,范云生. 电机与控制应用. 2019(03)
[6]基于改进的转矩分配函数法的开关磁阻电机转矩脉动抑制[J]. 费晨,颜建虎,汪盼,言钊. 电工技术学报. 2018(S2)
[7]基于新型定子极面结构的开关磁阻电机转矩脉动抑制研究[J]. 张向龙,王军,杨燕翔,范镇南,刘占千. 电机与控制应用. 2017(05)
[8]开关磁阻电机新型转子齿形对转矩脉动抑制的仿真研究[J]. 蔡燕,张东学. 电工技术学报. 2015(S2)
[9]一种零电压保持开通的开关磁阻电机再生制动控制策略[J]. 甘醇,吴建华,王宁,杨仕友. 电机与控制学报. 2015(09)
[10]基于LSSVM的多输入多输出开关磁阻电机建模[J]. 徐宇柘,曹彦萍,钟锐. 电机与控制学报. 2015(06)
硕士论文
[1]基于高频脉冲注入法的开关磁阻电机无位置传感器技术研究[D]. 张懿.浙江大学 2019
[2]电力汽车用开关磁阻电机制动能量回馈控制优化研究[D]. 张丽.兰州交通大学 2015
[3]7.5kW/380V开关磁阻电机调速系统控制策略的研究[D]. 张中华.太原理工大学 2015
[4]基于神经网络的开关磁阻电机建模及无位置传感器控制[D]. 杜开亮.重庆大学 2013
[5]基于DSP的开关磁阻电机模糊控制研究[D]. 邵长久.大连理工大学 2006
本文编号：3569035
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：52 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CAR-BLDCM三维结构图
第2章CAR-BLDCM工作原理及数学模型52.1.2CAR-BLDCM工作原理SRM在运行时依据磁阻最小原理，下面我以四相8/6极SRM当做例子介绍SRM工作原理。图2.2为四相8/6极SRM运行原理图，其中图左为控制SRM运行的功率变换电路，图右为SRM剖面图。SRM定子分为A、B、C、D四相，将开关S1、S2闭合，电源Es向A相定子绕组通电，使得转子齿部1和1"顺时针旋转至到A相定子齿部对齐位置，这个时候A相转矩为零。开关S1和S2断开，绕组电感储存电流沿VD1和VD2回流至电源，即续流。接着由B相重复以上操作，可以看出，转子的旋转方向和绕组的通电方相反，并且转子旋转方向绕组电流方向无关[19]。图2.2四相8/6极SRM运行原理图Fig.2.2Four-phase8/6poleSRMworkingprinciplediagramCAR-BLDCM是由两组磁极相关的定/转子构成，但两者磁路走向完全不同。传统SRM是径向走磁，磁路在图2.2的剖面分布，而CAR-BLDCM为轴向走磁，图2.3为电机磁路走向示意图，1为电枢绕组磁通路径，2为中央辅助线圈磁通路径。电机右侧定子绕组通电产生的磁通经转子铁心到达转轴，磁通通过转轴表面的导磁材料传到电机左侧转子铁心，再从对应的左侧定子铁心经由电机机壳传到右侧定子铁心，形成磁路“大循环”，电机中央的辅助线圈产生的磁通与“大循环”同路径。
沈阳工业大学硕士学位论文6aCAR-BLDCM3D磁路走向图bCAR-BLDCM2D磁路走向图图2.3CAR-BLDCM磁路走向图Fig.2.3CAR-BLDCMmagneticpathdiagram2.2CAR-BLDCM数学模型由于SRM的非线性特点，使得在建立准确的数学模型时变的非常困难，而SRM的数学模型对电机的性能优化以及控制方法都有重要的意义，因此经过多年国内外学者的研究，简化了SRM数学模型，将模型分为以下三种类型：线性、分段线性以及非线性。CAR-BLDCM与SRM数学模型相似，本文以线性模型为例介绍电机的电感特性。CAR-BLDCM在定子凸极与转子凸极相对的位置时绕组电感值达到最大值;相反，当电机位置与定子凸极和转子槽相对时，相绕组的电感值最校当处于上述两个位置之间时，相电感值被简化成线性函数。由于CAR-BLDCM的定/转子极弧均为30度，所以相电感的最大值和最小值处均无平稳阶段。图2.4为CAR-BLDCM电感线性模型图[20]。图2.4CAR-BLDCM电感线性模型图Figure2.4CAR-BLDCMinductancelinearmodeldiagram
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模型预测控制的开关磁阻电机转矩脉动抑制方法研究[J]. 杨文浩,苟斌,雷渝,宋潇潇,王军. 电工电能新技术. 2020(08)
[2]基于预测电流控制算法的开关磁阻电机转矩脉动抑制策略[J]. 蔡辉,王辉,李孟秋,沈仕其,游紫露. 中国电机工程学报. 2019(16)
[3]线电感特征点定位的开关磁阻电机无位置传感器控制方法[J]. 匡斯建,张小平,刘苹,张光辉,张铸. 控制理论与应用. 2020(03)
[4]考虑铁芯磁饱和的开关磁阻电机电感及转矩解析建模[J]. 左曙光,刘明田,胡胜龙. 西安交通大学学报. 2019(07)
[5]基于预处理BP神经网络的开关磁阻电机建模[J]. 孙利宏,赵永生,李存贺,柳健,范云生. 电机与控制应用. 2019(03)
[6]基于改进的转矩分配函数法的开关磁阻电机转矩脉动抑制[J]. 费晨,颜建虎,汪盼,言钊. 电工技术学报. 2018(S2)
[7]基于新型定子极面结构的开关磁阻电机转矩脉动抑制研究[J]. 张向龙,王军,杨燕翔,范镇南,刘占千. 电机与控制应用. 2017(05)
[8]开关磁阻电机新型转子齿形对转矩脉动抑制的仿真研究[J]. 蔡燕,张东学. 电工技术学报. 2015(S2)
[9]一种零电压保持开通的开关磁阻电机再生制动控制策略[J]. 甘醇,吴建华,王宁,杨仕友. 电机与控制学报. 2015(09)
[10]基于LSSVM的多输入多输出开关磁阻电机建模[J]. 徐宇柘,曹彦萍,钟锐. 电机与控制学报. 2015(06)
硕士论文
[1]基于高频脉冲注入法的开关磁阻电机无位置传感器技术研究[D]. 张懿.浙江大学 2019
[2]电力汽车用开关磁阻电机制动能量回馈控制优化研究[D]. 张丽.兰州交通大学 2015
[3]7.5kW/380V开关磁阻电机调速系统控制策略的研究[D]. 张中华.太原理工大学 2015
[4]基于神经网络的开关磁阻电机建模及无位置传感器控制[D]. 杜开亮.重庆大学 2013
[5]基于DSP的开关磁阻电机模糊控制研究[D]. 邵长久.大连理工大学 2006
本文编号：3569035
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3569035.html
