电励磁双凸极电机不对称电流控制策略的研究

发布时间：2017-07-04 21:07

  本文关键词：电励磁双凸极电机不对称电流控制策略的研究

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【摘要】：电励磁双凸极电机(WFDSM)结构简单、励磁可调、控制灵活、调速范围广,适宜作为电动机使用。本文主要研究了电励磁双凸极电机不对称电流控制系统,针对低速双凸极电机相电感过大,在传统全桥控制方式下相电流上升率较小、尖峰较大,导致电机输出转矩较小、脉动较大、效率较低的问题,提出了一种不对称电流控制系统,包括H桥功率电路和相应的四相十六拍控制策略,为低速电励磁双凸极电动机的实践应用奠定了基础。本文首先介绍了四相电励磁双凸极电机的结构和工作原理,建立了其数学模型,通过有限元仿真研究了双凸极电机转矩变化的规律。随后,对双凸极电机半周期控制的相关特性进行了研究。分析了低速双凸极电机在传统控制方式下存在的问题,利用仿真得到了不同电流幅值下电机输出转矩的相关规律,并从磁能曲线的角度得到最优电流幅值计算公式,提出并分析了H桥式功率电路拓扑和相应的四相十六拍控制策略。针对一台8/6的样机,利用ANSYS Maxwell、Matlab、Simplorer建立了不对称电流控制系统的模型,通过仿真研究了系统在标准角、提前角和导电区间加宽等条件下电机的开环特性。针对所采用的控制方法,搭建了基于LabView FPGA的控制系统,详细介绍了系统各部分软硬件的设计过程。利用搭建的实验平台对不对称电流控制系统进行了验证,测试了电机的机械特性,实现系统的闭环稳定运行。结果表明,不对称电流控制可有效提高低速电励磁双凸极电机的输出转矩和效率,系统具有良好的运行性能。
【关键词】：电励磁双凸极电机 不对称电流控制 H桥 四相十六拍 LabView FPGA 有限元仿真 双闭环
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM352
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-22
• 1.1 引言15
• 1.2 双凸极电机的发展历程15-17
• 1.3 双凸极电机调速控制研究现状17-20
• 1.3.1 开环控制系统17-19
• 1.3.2 闭环控制系统19-20
• 1.4 选题依据及研究内容20-22
• 第二章 四相电励磁双凸极电动机原理与半周期控制分析22-38
• 2.1 引言22
• 2.2 四相WFDSM基本结构22-23
• 2.3 四相WFDSM数学模型23-25
• 2.4 四相WFDSM工作原理分析25-26
• 2.5 WFDSM转矩脉动分析26-29
• 2.6 双凸极电机半周期控制分析29-37
• 2.7 本章小结37-38
• 第三章 电励磁双凸极电动机不对称电流控制系统38-58
• 3.1 引言38
• 3.2 传统控制方式存在的问题38-40
• 3.3 仿真分析40-49
• 3.3.1 电流源仿真分析41-43
• 3.3.2 不同励磁仿真分析43-47
• 3.3.3 电压源仿真分析47-49
• 3.4 不对称电流控制分析49-57
• 3.4.1 提前角仿真53-54
• 3.4.2 导通区间加宽仿真54-57
• 3.5 本章小结57-58
• 第四章 调速系统的设计及实验58-88
• 4.1 引言58
• 4.2 WFDSM调速系统的硬件设计58-61
• 4.2.1 PMSM伺服系统58-59
• 4.2.2 WFDSM主功率电路59
• 4.2.3 调理电路59-60
• 4.2.4 NI工程控制机60-61
• 4.3 系统软件设计61-68
• 4.3.1 位置信号处理程序62-63
• 4.3.2 逆变器控制程序63-65
• 4.3.3 保护程序65-66
• 4.3.4 闭环控制程序66-68
• 4.4 实验结果及分析68-86
• 4.4.1 不对称电流控制机械特性68-76
• 4.4.2 开环提前角控制76-78
• 4.4.3 开环导通区间加宽控制78-81
• 4.4.4 闭环实验分析81
• 4.4.5 闭环标准角控制81-84
• 4.4.6 闭环导通区间加宽控制84-86
• 4.5 本章小结86-88
• 第五章 总结与展望88-90
• 5.1 工作总结88
• 5.2 后续展望和研究88-90
• 参考文献90-94
• 致谢94-95
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文95

【参考文献】

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本文编号：519310