基于容错控制的无刷直流电机换相转矩脉动抑制研究

发布时间：2017-08-13 08:33

  本文关键词：基于容错控制的无刷直流电机换相转矩脉动抑制研究

  更多相关文章： 永磁无刷直流电机 换相转矩脉动抑制 电流预测控制策略 容错控制

【摘要】：随着电动汽车行业的迅猛发展,为满足越来越多的性能要求,其驱动电机控制系统已成为世界各国的研究热点。因永磁无刷直流电机具有高效率、低成本、小体积等优点被看作是电动汽车驱动电机的理想选择。本文以永磁无刷直流电机为研究对象,在方波控制策略的基础上,对其换相转矩脉动抑制方法和容错控制两个方面进行了研究。首先,本文建立了永磁无刷直流电机的数学模型,详细阐述了方波控制策略,并给出了永磁无刷直流电机转矩闭环控制系统框图。其次,分析了永磁无刷直流电机换相转矩脉动产生的机理,并且详细说明了不同PWM调制措施对换相转矩脉动的影响。通过对换相期间数学模型的推导,针对通过PWM调制方式抑制换相转矩脉动方法的局限性,提出了在重叠换相基础上结合电流预测控制策略的换相转矩脉动抑制策略。该策略不但拓宽了换相转矩脉动抑制方法的电机转速适用范围,而且具有对电机电感参数不敏感的优点。在该方法的实现过程中,给出了预测电流的补偿方法,进一步改善了电流控制效果,并通过仿真验证了所提控制方法的可行性和正确性。再次,介绍了三相电机逆变器故障类型,选择逆变器开关管开路故障作为研究对象。选用基于线电压检测的故障诊断方法对永磁无刷直流电机逆变器故障进行检测。简要比较了几种容错控制方案,着重阐述了三相四开关逆变器的工作原理。在所选容错控制方案的基础上提出了一种基于三相四开关逆变器的容错控制策略,并通过调整PWM的调制方式减小了电机容错运行模式下的电流脉动,仿真验证了控制策略的有效性。最后,基于飞思卡尔公司DSP芯片MC56F8247搭建了永磁无刷直流电机容错控制系统硬件平台。进行了换相转矩脉动抑制和容错控制策略的软件模块搭建,编写了控制算法,完成了系统的软硬件调试。实验验证了本课题方案的可行性与正确性。
【关键词】：永磁无刷直流电机 换相转矩脉动抑制 电流预测控制策略 容错控制
【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】：TM33
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 注释表12-13
• 缩略词13-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 课题背景与研究意义14-15
• 1.2 永磁无刷直流电机简介15-16
• 1.3 永磁无刷直流电机换相转矩脉动抑制技术的研究现状16-17
• 1.4 永磁无刷直流电机容错控制的研究现状17-19
• 1.4.1 逆变器故障诊断方法的研究现状18
• 1.4.2 逆变器容错方案的研究现状18-19
• 1.5 本文研究内容19-20
• 第二章 永磁无刷直流电机的数学模型及控制策略20-29
• 2.1 永磁无刷直流电机的结构特点20-21
• 2.2 永磁无刷直流电机的数学模型21-23
• 2.2.1 定子电压方程21-22
• 2.2.2 反电势方程22
• 2.2.3 电磁转矩方程22-23
• 2.2.4 运动方程23
• 2.3 永磁无刷直流电机方波控制策略23-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 永磁无刷直流电机换相转矩脉动的分析及抑制方法研究29-45
• 3.1 永磁无刷直流电机换相转矩脉动产生的原因29-31
• 3.1.1 物理理论分析29
• 3.1.2 数学模型推导29-31
• 3.2 PWM调制方式对电磁转矩脉动的影响31-36
• 3.3 永磁无刷直流电机换相策略的研究36-39
• 3.3.1 重叠换相方法的提出36
• 3.3.2 电流预测控制策略的基本思想36-38
• 3.3.3 基于电流预测控制的换相转矩脉动抑制方法38-39
• 3.4 基于电流预测控制的换相转矩脉动抑制方法的仿真及分析39-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第四章 永磁无刷直流电机容错控制技术研究45-60
• 4.1 永磁无刷直流电机容错控制逆变器拓扑结构及控制理论45-54
• 4.1.1 永磁无刷直流电机故障检测和诊断45-49
• 4.1.2 永磁无刷直流电机容错控制逆变器拓扑结构49-51
• 4.1.3 永磁无刷直流电机容错控制策略51-54
• 4.2 永磁无刷直流电机容错控制系统设计54-55
• 4.3 永磁无刷直流电机容错控制系统的仿真及分析55-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第五章 永磁无刷直流电机容错控制器设计60-75
• 5.1 系统硬件结构设计60-66
• 5.1.1 DSP核心控制系统设计61-63
• 5.1.2 主功率电路设计63-64
• 5.1.3 采样调理电路和保护电路设计64-66
• 5.1.4 容错电路设计66
• 5.2 系统软件结构设计66-70
• 5.2.1 主程序67-68
• 5.2.2 PWM中断子程序68-69
• 5.2.3 换相预测电流算法的实现69-70
• 5.2.4 容错控制算法的实现70
• 5.3 实验结果与分析70-74
• 5.3.1 换相转矩脉动抑制实验70-71
• 5.3.2 容错控制实验71-74
• 5.4 本章小结74-75
• 第六章 总结与展望75-77
• 6.1 全文工作总结75
• 6.2 后续工作展望75-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-82
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 洪俊杰;陈思哲;郭壮志;李惜玉;黄旭珍;;基于电流预测控制的电动汽车用PMSM控制器设计[J];微特电机;2015年08期

2 王晓远;傅涛;王晓光;;基于电流预测控制的无刷直流电动机换相转矩脉动抑制[J];电工技术学报;2015年11期

3 李春鹏;贲洪奇;孙绍华;刘博;;改进型预测电流控制算法[J];电机与控制学报;2015年03期

4 赵鹏飞;俞建定;骆国庆;吴鑫;;永磁无刷电机换相转矩脉动抑制算法设计[J];微电机;2014年11期

5 盛田田;王晓琳;顾聪;单涛;Julia Zhang;;一种使用重叠换相法的无刷直流电机平均转矩控制[J];中国电机工程学报;2015年15期

6 王大方;卜德明;朱成;周传炜;杨博文;;一种减小无刷直流电机换相转矩脉动的调制方法[J];电工技术学报;2014年05期

7 肖有文;夏长亮;史婷娜;陈炜;;四开关三相无刷直流电机两有效矢量调制电流控制策略[J];中国电机工程学报;2014年12期

8 张勇;程小华;;改进的BLDCM直接转矩控制系统仿真研究[J];计算机仿真;2014年01期

9 孟令瑞;张雷;侯春杰;;无刷直流电机直接转矩自适应模糊控制器的设计[J];微电机;2013年11期

10 朱俊杰;粟梅;王湘中;马林;;分段式滑模变结构无刷直流电机直接转矩控制[J];仪器仪表学报;2013年11期

，

本文编号：666369