开关磁阻平面电机结构分析与控制策略研究

发布时间：2017-09-09 03:48

  本文关键词：开关磁阻平面电机结构分析与控制策略研究

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【摘要】：随着高精密加工及其相关产业的发展,人们对高精度平面定位装置的需求越来越高。传统的平面定位装置,采用旋转电机结合滚珠丝杠等中间转换环节将旋转运动转化为直线运动,进而再将直线运动转化为平面运动。复杂的中间转换装置增加了系统误差,不能满足高精度的加工工艺需求。平面电机是一种无需中间转换环节,直接将电能转换为机械能,并且实现二维平面运动的执行装置。平面电机的研究主要集中在美国、日本和韩国。主要由感应式平面电机、永磁式平面电机、开关磁阻式平面电机(Switched Reluctance Motor Planar, SRPM)三种。本文以开关磁阻平面电机作为研究对象,根据开关磁阻平面电机结构特性,结合开关磁阻式直线电机的构造,设计电机的结构参数和电气参数。使用Solid Works设计开关磁阻平面电机的装配模型。利用AnsoftMaxwel3D有限元分析软件对电机进行静态磁场和瞬态磁场分析,获得电磁推力曲线和电感曲线数据。通过对有限元计算出来的数据进行分析,采用数值分析法,用余弦函数近似描述电机电感曲线,并建立电机数学模型。本文针对电机单相励磁方案的不足,采用多相励磁方案,利用比例内插法求解电流给定值,结合电流滞环控制设计电流控制器,作为SRPM控制系统的内环。同时采用改进型PD控制方法设计电机位置控制器,并利用模糊控制策略动态调整PD控制器的参数。最后利用Matlab/Simulink搭建SRPM多相励磁策略下的仿真模型,检测电机对方波信号和正弦信号的跟踪效果。完成电机在平面内对矩形和圆形轨迹的准确跟踪。
【关键词】：平面电机 开关磁阻 有限元分析 磁场分析 模糊控制
【学位授予单位】：安徽工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM352
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 平面电机的发展11-12
• 1.2 常见平面电机类型与研究现状12-15
• 1.3 课题研究的目的和意义15-16
• 1.4 本文研究内容16-17
• 1.5 本章小结17-18
• 第2章 SRPM的理论基础18-25
• 2.1 SRPM基本结构与运行原理18-20
• 2.1.1 SRPM基本结构18-20
• 2.1.2 SRPM工作原理20
• 2.2 开关磁阻平面电机数学建模20-24
• 2.2.1 SRPM能量转化方程20-22
• 2.2.2 SRPM电压平衡方程22-23
• 2.2.3 SRPM机械运动方程23-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第3章 基于Ansoft的SRPM有限元分析25-35
• 3.1 开关磁阻平面电机参数设置25-27
• 3.1.1 SRPM电机结构参数设计25-26
• 3.1.2 SRPM电机性能参数设计26
• 3.1.3 SRPM动定子尺寸参数设计26-27
• 3.2 SRPM三维有限元分析基本理论27-29
• 3.2.1 有限元分析法基本原理介绍27
• 3.2.2 有限元分析法基本假设27-29
• 3.3 开关磁阻平面电机三维有限元模型搭建29-34
• 3.3.1 Ansoft有限元分析软件介绍29-30
• 3.3.2 建立SRPM三维有限元分析模型30-33
• 3.3.3 仿真结果33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第4章 SRPM仿真建模与励磁方案35-45
• 4.1 基于Matlab的SRPM仿真模型35-39
• 4.1.1 电机模块35-36
• 4.1.2 功率变换模块36-38
• 4.1.3 SRPM单相励磁仿真结果38-39
• 4.2 SRPM励磁规则与电流控制39-44
• 4.2.1 SRPM多相励磁方案39-41
• 4.2.2 基于比例内插法求解电流给定值41-43
• 4.2.3 电流滞环比较控制器43-44
• 4.3 本章小结44-45
• 第5章 SRPM位置控制设计与仿真45-63
• 5.1 基于PD控制器的位置控制方案45-52
• 5.1.1 PD位置控制策略45-49
• 5.1.2 改进型PD控制策略49-52
• 5.2 模糊控制基本理论52-57
• 5.2.1 模糊控制基本原理52-53
• 5.2.2 模糊PD控制器设计53-57
• 5.3 基于模糊控制的仿真建模与结果分析57-62
• 5.3.1 基于模糊控制的仿真建模57-58
• 5.3.2 基于模糊控制的仿真结果58-62
• 5.4 本章小结62-63
• 第6章 结论63-64
• 参考文献64-67
• 攻读硕士学位期间取得科研成果情况67-68
• 致谢68

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本文编号：818116