开关磁阻电机转矩脉动抑制方法研究与实现

发布时间：2017-08-21 09:30

  本文关键词：开关磁阻电机转矩脉动抑制方法研究与实现

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【摘要】：开关磁阻电机调速系统(SRD)是新型的机电一体化调速系统,它融开关磁阻电机(SRM)与现代电力电子技术、控制技术为一体。SRM除了具有结构简单、坚固,成本相对较低外,更重要的是它具有调速范围广、起动转矩大、效率高以及动态响应好等优点,受到国内外学者的广泛关注。但是由于开关磁阻电机采用双凸结构以及开关形式的供电,导致其转矩脉动较大,应用范围受到限制。如何减小开关磁阻电机转矩脉动成为当前开关磁阻电机领域研究的热点之一。本文针对开关磁阻电机转矩脉动大的问题,进行了深入的研究。在参考各种抑制转矩脉动方法的基础上,提出了一种基于转矩观测器的降低开关磁阻电机转矩脉动的新方法。由于开关磁阻电机转矩是关于电流和转子位置角的非线性函数,转矩计算非常困难。针对现在常用的转矩估算方法存在的不足,提出了一种基于神经网络的开关磁阻电机转矩估算方法。该方法利用BP (Back-Propagation)神经网络较强的非线性映射能力,映射出转矩关于电流和转子位置角度的非线性关系,构造出基于BP神经网络的开关磁阻电机的转矩观测器；将转矩观测器应用于开关磁阻电机直接转矩控制系统中,利用转矩观测器对开关磁阻电机三相瞬时转矩经行在线检测,并将三相合成瞬时转矩反馈,通过转矩滞环,达到抑制转矩脉动的效果。为了验证所提方法的准确性和可行性,利用MATLAB/Simulink搭建系统仿真模型进行仿真验证。仿真结果表明,所提方法可以有效地抑制开关磁阻电机转矩脉动。最后,以TMS320F28335为主控制芯片,一台15kW三相6/4极开关磁阻电机为样机搭建试验平台,完成软、硬件的设计。通过实验波形的对比,验证了所提方法的正确性和可行性。
【关键词】：开关磁阻电机 转矩脉动 BP神经网络 TMS320F28335
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM352
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 开关磁阻电机发展史和研究方向10-13
• 1.1.1 开关磁阻电机发展史10-11
• 1.1.2 开关磁阻电机研究方向11-12
• 1.1.3 开关磁阻电机主要应用12-13
• 1.2 开关磁阻电机控制策略13-14
• 1.3 开关磁阻电机转矩观测器简介14-15
• 1.4 论文研究的主要内容和工作15
• 1.5 课题来源15-16
• 第2章 开关磁阻电机驱动系统16-30
• 2.1 开关磁阻电机结构及工作原理16-17
• 2.1.1 开关磁阻电机基本结构16
• 2.1.2 开关磁阻电机基本原理16-17
• 2.2 开关磁阻电机数学模型17-22
• 2.2.1 SR电动机基本方程式18-20
• 2.2.2 SR电动机线性模型20
• 2.2.3 SR电动机准线性模型20-21
• 2.2.4 SR电动机非线性模型21-22
• 2.3 开关磁阻电机驱动系统22-24
• 2.3.1 功率变换器22-23
• 2.3.2 位置检测和速度计算23-24
• 2.3.3 控制器24
• 2.4 开关磁电机基本控制方式24-29
• 2.4.1 角度位置控制(APC)24-25
• 2.4.2 电流斩波控制(CCC)25-27
• 2.4.3 电压PWM控制27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 基于神经网络的SRM转矩观测器及转矩脉动抑制30-55
• 3.1 开关磁阻电机转矩控制研究30-37
• 3.1.1 基于转矩分配函数的SRM间接转矩控制30-33
• 3.1.2 基于电压空间矢量的SRM直接转矩控制33-37
• 3.2 开关磁阻电机转矩观测器研究37-40
• 3.2.1 基于解析法的转矩观测器37-39
• 3.2.2 基于查表法的转矩观测器39-40
• 3.3 基于BP神经网络的转矩观测器40-47
• 3.3.1 BP神经网络原理40-41
• 3.3.2 基于BP神经网络的转矩观测器构造41-43
• 3.3.3 BP神经网络的离线训练43-45
• 3.3.4 训练结果与分析45-47
• 3.4 基于神经网络转矩观测器的直接转矩控制系统仿真47-54
• 3.4.1 基于神经网络转矩观测器的直接转矩控制系统47
• 3.4.2 神经网络转矩观测器模块47-49
• 3.4.3 基于BP神经网络转矩观测的SRD直接转矩控制系统仿真49-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第4章 SRD控制系统及神经网络转矩观测器实现55-70
• 4.1 SRD直接转矩控制系统硬件设计55-60
• 4.1.1 功率变换器电路56
• 4.1.2 IGBT驱动电路56-57
• 4.1.3 电流和电压检测电路57-59
• 4.1.4 位置检测电路59-60
• 4.2 SRD直接转矩控制系统软件设计60-68
• 4.2.1 软件系统开发平台60
• 4.2.2 初始化子程序60-61
• 4.2.3 PWM中断程序设计61-62
• 4.2.4 外部电平变化中断62-65
• 4.2.5 定时器中断65-66
• 4.2.6 神经网络转矩观测器软件实现66-68
• 4.3 本章小结68-70
• 第5章 实验结果与分析70-73
• 5.1 实验平台70-71
• 5.2 实验结果与分析71-72
• 5.3 本章小结72-73
• 第6章 总结与展望73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 附录A 攻读学位期间的科研成果79

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本文编号：712123