基于无位置传感器的开关磁阻电机控制系统研究与实现

发布时间：2017-08-30 23:03

  本文关键词：基于无位置传感器的开关磁阻电机控制系统研究与实现

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【摘要】：开关磁阻电机具有结构简单、调速性能优异、容错能力强、结构坚固等优点,在高温、强电磁干扰等恶劣环境下具有独特的应用优势,现已广泛应用于电动车驱动、矿山车辆、航空器材、机场设备等工业领域。由于开关磁阻电机控制系统稳定运行依赖于获取准确的位置信息,传统的位置传感器引入不但降低了整个调速系统的性能优势,同时也增加了系统成本,加大了设备安装维护的难度。因此,研究基于无位置传感器的开关磁阻电机调速系统成为了该领域的一个热点,也是本文研究的重点。首先,本文总结了国内外开关磁阻电机转子位置识别技术的研究成果。介绍了开关磁阻电机的基本结构和工作原理,对电机模型进行了分析,并分析了开关磁阻的基本控制策略。其次,对脉冲注入法的无位置传感器控制策略进行分析并进行了深入研究。本文详细分析了注入脉冲频率、激励时间等参数选取。基于开关磁阻电机脉冲注入法原理,对非导通相脉冲注入换相法进行分析,研究了启动、运行工作的导通逻辑。在脉冲电流峰值的获取上,提出了一种电流峰值计算方法,该方法根据开关磁阻电机电感模型的特点,研究了基于脉冲注入的电感极值处无位置传感器技术,通过对非导通相电感模型的建立,实现开关磁阻电机转子位置的识别。同时,考虑到实际应用中母线电压可能存在的波动影响,对单阈值的脉冲注入的无位置传感器方法进行了研究,并分析了无位置传感器脉冲注入法中位置估算误差问题。在MATLAB/Simulink中对上述三种无位置方法进行了建模与仿真分析,总结和评价优缺点。最后,本文在理论分析和仿真的基础上,介绍了基于TI公司TMS320F28335芯片的无位置传感器实验平台硬件结构和软件设计,针对一台15KW、三相6/4极矿用开关磁阻电机样机进行了实验,证明了方法的有效性和可行性。
【关键词】：开关磁阻电机 无位置传感器 脉冲注入 非导通相
【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;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题研究的背景和意义10-11
• 1.2 无位置传感器技术国内外现状研究11-18
• 1.2.1 导通相检测法11-16
• 1.2.2 导通相检测法16-17
• 1.2.3 附加元件法17-18
• 1.3 本文研究主要内容及章节安排18-19
• 1.4 课题来源19-20
• 第2章 开关磁阻电机工作原理、数学模型及控制策略20-28
• 2.1 开关磁阻电机基本结构及工作原理20-21
• 2.2 开关磁阻电机基本方程21-22
• 2.2.1 电路方程21-22
• 2.2.2 机械特性22
• 2.2.3 电磁转矩特性22
• 2.3 开关磁阻电机数学模型22-24
• 2.4 基本控制策略24-25
• 2.5 开关磁阻电机双闭环调速系统仿真25-27
• 2.6 本章小结27-28
• 第3章 脉冲注入换相法的无位置传感器控制28-42
• 3.1 脉冲注入基本理论28-29
• 3.2 检测脉冲注入参数分析29-31
• 3.2.1 最长脉冲激励时间分析29-30
• 3.2.2 最短脉冲激励时间分析30
• 3.2.3 检测脉冲注入频率分析30-31
• 3.3 脉冲注入换相法控制策略31-34
• 3.3.1 静止启动时初始位置估计32-33
• 3.3.2 运行时转子位置估计33-34
• 3.4 无位置传感器开关磁阻电机simulink仿真34-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 新型脉冲注入开关磁阻电机无位置传感器控制42-57
• 4.1 一种脉冲电流峰值计算方法42-43
• 4.2 基于电感极值的开关磁阻电机无位置传感器控制43-51
• 4.2.1 电感极值原理43-45
• 4.2.2 峰值电流与电感曲线拟合45-46
• 4.2.3 转速与位置估算46
• 4.2.4 基于电感模型极值的开关磁阻电机无位置传感器控制系统46-47
• 4.2.5 系统仿真47-51
• 4.3 单阈值脉冲注入法的开关磁阻电机无位置传感器控制51-54
• 4.3.1 母线电压波动对电流阈值影响51
• 4.3.2 单阈值脉冲注入法控制系统51-52
• 4.3.3 系统仿真52-54
• 4.4 脉冲注入法位置估算误差分析54-55
• 4.5 脉冲注入在位置传感器上的应用55-56
• 4.6 本章小结56-57
• 第5章 无位置传感器开关磁阻电机控制系统的实现57-67
• 5.1 无位置控制系统硬件结构57-59
• 5.1.1 主电路拓扑58
• 5.1.2 控制电路结构58-59
• 5.2 无位置系统的软件设计59-62
• 5.2.1 主程序结构流程图59-60
• 5.2.2 中断程序结构60-62
• 5.3 实验平台及结果分析62-66
• 5.3.1 实验平台62
• 5.3.2 电感极值处无位置实验62-64
• 5.3.3 单阈值电流无位置实验64-66
• 5.4 本章小结66-67
• 结论67-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录74-75
• 附录B 攻读学位期间参加的科研项目75

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本文编号：761983