矿用自卸车的开关磁阻电机驱动系统研究

发布时间：2017-08-25 10:01

  本文关键词：矿用自卸车的开关磁阻电机驱动系统研究

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【摘要】：目前大功率的矿用自卸车的驱动电机大都为交流异步电机和直流电机,开关磁阻电磁动机还未得到普遍应用。本文对开关磁阻电机驱动系统在矿用自卸车中的应用进行了探索,由于矿用自卸车的大惯量负载特性,行驶中可忽略一定范围内转矩脉动和振动噪声的缺点,可以充分利用开关磁阻电机高启动转矩和不对称半桥功率变换器的高可靠性结构,能够频繁重载启动的牵引特性,能满足矿用自卸车多种行驶工况需求,本论文为进一步提高开关磁阻电机驱动系统的控制性能,提出了基于分子动理论的直接转矩控制中占空比优化方法。首先,根据开关磁阻电机的工作原理,基于开关磁阻电机的准线性数学模型,分析基本控制方式的特点,确定本文采用开关磁阻电机控制及能量回馈制动控制策略。其次,设计优化的直接转矩控制策略总体方案,由于传统直接转矩控制的一个显著缺点是输出转矩脉动与滞环宽度有关、且开关频率不恒定,属于有差拍控制,本论文提出了一种基于分子动理论优化有效电压矢量占空比来减小转矩脉动的方法。可减小电磁转矩及磁链波动,开关频率固定,对传统直接转矩控制改动较少,没增加它的复杂程度;为了消除启负转矩现象,对启动时选择的空间矢量作了特定优化,改善了启动性能,降低了转矩脉动。再次,运用MATLAB软件的Simulink搭建了开关磁阻电机系统的直接转矩控制优化模型,并对低速运行的电流斩波控制方式、直接转矩控制方式和优化的直接转矩控制方式的仿真进行对比分析,验证所提控制算法的优势与可行性。最后,基于DSP和CCS6.1软件开发环境设计,做了开关磁阻电机驱动系统的硬件和软件设计,硬件电路包括主功率电路、驱动与保护电路、位置检测电路、温度检测电路、电流斩波控制电路;软件部分包括主程序、磁链计算程序、转矩计算程序、检测和监控程序等等。并进行部分试验,实验结果表明,通过适当的参数设置其再生制动性能良好,并且优化的直接转矩控制方式提高了电动运行性能,适合作为矿用自卸车的驱动电机。
【关键词】：矿用自卸车 开关磁阻电机 转矩脉动 直接转矩控制
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM352;U469.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 引言9
• 1.2 矿用自卸车驱动系统发展现状与趋势9-14
• 1.2.1 矿用自卸车的发展和研究现状9-12
• 1.2.2 SRM的发展和研究现状12-14
• 1.3 本文主要研究内容及安排14-16
• 1.3.1 主要内容14
• 1.3.2 本文的章节安排14-16
• 第二章 SRM电力传动系统分析16-26
• 2.1 SRM电力传动系统组成16-17
• 2.2 SRM的理论分析17-21
• 2.2.1 SRM的结构与原理17-18
• 2.2.2 功率变换器18-19
• 2.2.3 SRM的数学模型19-21
• 2.3 SRM的运行特性与控制21-25
• 2.3.1 运行特性21-22
• 2.3.2 基本控制策略22-24
• 2.3.3 本文采用的控制方式24-25
• 2.4 再生制动25
• 2.5 本章小结25-26
• 第三章 SRM新型直接转矩控制26-39
• 3.1 引言26
• 3.2 DTC工作原理26-33
• 3.2.1 数学基础27-29
• 3.2.2 三相SRM空间矢量的确定29-30
• 3.2.3 磁链计算及调节30-31
• 3.2.4 转矩计算及调节31-32
• 3.2.5 DTC的开关表32-33
• 3.3 基于分子动理论的占空比调节DTC实现33-38
• 3.3.1 基于分子动理论占空比调节的直接转矩控制34
• 3.3.2 确定占空比的方法34-36
• 3.3.3 分子动理论36-37
• 3.3.4 算法建模37-38
• 3.4 本章总结38-39
• 第四章 仿真分析实现39-52
• 4.1 主要仿真模块的建模39-44
• 4.1.1 不对称半桥功率变换器39
• 4.1.2 磁链、转矩计算39-43
• 4.1.3 开关表43
• 4.1.4 基于分子动理论的优化模块43-44
• 4.2 建模仿真结果对比及验证44-51
• 4.2.1 磁链轨迹对比45
• 4.2.2 对启动负转矩的抑制优化45-46
• 4.2.3 转矩转速对比分析46-51
• 4.3 本章总结51-52
• 第五章 SRM驱动系统设计52-69
• 5.1 主功率电路设计52-53
• 5.2 驱动与保护电路53-54
• 5.3 主控制器设计54-57
• 5.3.1 DSP芯片简介54-55
• 5.3.2 电源模块55-56
• 5.3.3 控制器通讯模块56-57
• 5.4 检测电路设计57-64
• 5.4.1 温度检测电路57
• 5.4.2 位置检测电路设计57-60
• 5.4.3 电流检测与过流保护60-61
• 5.4.4 电压检测电路设计61-64
• 5.5 软件程序64-66
• 5.5.1 主程序64-65
• 5.5.2 中断服务子程序65-66
• 5.6 部分实验结果66-68
• 5.7 本章总结68-69
• 第六章 总结与展望69-70
• 参考文献70-73
• 致谢73-74
• 攻读硕士学位期间科研成果74

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本文编号：736375