开关磁阻电机转矩估计和预测控制

发布时间：2017-08-03 21:33

  本文关键词：开关磁阻电机转矩估计和预测控制

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【摘要】：随着功率开关管和电机高性能控制芯片的发展,开关磁阻电机越来越受到人们的重视,具有结构简单,调速范围宽,启动转矩大等优点。而转矩脉动大的缺点是限制其应用的主要问题,尤其低速时,转矩波动对电机整体性能的影响更为严重。由于开关磁阻电机是非常复杂、高度非线性的电磁场耦合结构,使得瞬时转矩的估计及控制成为难点问题。本文针对开关磁阻电机瞬时转矩的估计问题,利用PWM信号作为开关磁阻电机驱动信号的特点,结合电机线性数学模型转矩计算公式,提出一种基于改进线性模型的瞬时转矩估计方法,与一般线性模型不同的是并没有在转子位置区间内采用一个确定的磁链—电流函数,而是通过电流的反馈实时计算出磁链对位置的偏导数值。不仅提高了线性模型下对瞬时转矩估计的准确性,较非线性模型能更少的依赖电机先验知识和位置或者磁链信号。为了更好的反映实际的非线性数学模型,得到更准确的转矩值,根据电流大小分段计算瞬时转矩,采用图形的方法进行分析说明。利用Matlab/Simulink中自带的开关磁阻电机模型,搭建了包括PWM、电流采样、计算模块,模拟实际的电机控制过程。在基于这样的仿真平台中验证了分段线性估计转矩方法的准确性,并对影响计算结果的参数进行了仿真分析。在已有瞬时转矩估计的基础上搭建预测模型实现对相电流、转矩的控制。在换相区间由于可控参数多且相互影响、转矩分配没有唯一解、对传感器要求高等一系列问题,使得转矩控制成为难点问题。针对这个问题,提出了依据预测结果动态分配转矩的策略,该策略利用对占空比计算结果作为转矩分配的依据以保证转矩分配可解、可行,实现了换相期间转矩的平滑过渡。转矩传感器价格昂贵且难以对瞬时转矩进行测量,为了方便且快速的观测对转矩的控制效果,可以通过搭建实际电机的模型实现。为此本文搭建了开关磁阻电机静态磁链检测试验平台,该实验平台能够方便、快速的获得电机磁链特性。
【关键词】：开关磁阻电机 瞬时转矩估计 预测控制 静态磁链特性
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM352
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 引言10-11
• 1.2 开关磁阻电机研究概况11-14
• 1.2.1 开关磁阻电机设计分析11-12
• 1.2.2 功率变换器12
• 1.2.3 控制器和控制方式12-13
• 1.2.4 位置检测研究13-14
• 1.3 开关磁阻电机转矩控制研究现状14-17
• 1.3.1 抑制转矩脉动控制技术14-16
• 1.3.2 瞬时转矩估计现状16-17
• 1.4 论文研究内容及组织结构17-19
• 第二章 基于改进线性模型的转矩在线估计19-31
• 2.1 开关磁阻电机工作原理及数学模型分析19-23
• 2.1.1 开关磁阻电机工作原理介绍19-20
• 2.1.2 开关磁阻电机数学模型分析20-23
• 2.2 基于改进线性模型的转矩在线估计23-30
• 2.2.1 开关磁阻电机线性模型23-25
• 2.2.2 磁链对位置偏导数的计算25-27
• 2.2.3 转矩在线计算可行性27-28
• 2.2.4 考虑磁饱和的转矩分段计算28-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第三章 瞬时转矩估计仿真31-43
• 3.1 Simulink环境和开关磁阻电机模型原理31-34
• 3.1.1 MATLAB/Simulink环境31
• 3.1.2 开关磁阻电机模型原理31-34
• 3.2 搭建模拟PWM模块模型34-38
• 3.3 转矩估计仿真分析38-42
• 3.3.1 分段点的确定38-41
• 3.3.2 向电源续流状态下瞬时转矩的估计41-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 基于预测的转矩控制方法43-54
• 4.1 单相转矩预测控制43-46
• 4.1.1 基于电流微分的预测控制提出43-44
• 4.1.2 单相电流、转矩预测控制44-46
• 4.2 基于预测的抑制转矩脉动控制46-52
• 4.2.1 换相区间转矩控制问题分析46-48
• 4.2.2 基于预测的转矩分配策略48-50
• 4.2.3 仿真原理及结果分析50-52
• 4.3 本章小结52-54
• 第五章 开关磁阻电机静态特性检测54-63
• 5.1 开关磁阻电机静态特性检测概述54-55
• 5.2 测量系统设计55-58
• 5.3 测量内容及步骤58-59
• 5.4 实验结果及分析59-62
• 5.5 本章小结62-63
• 第六章 全文总结与展望63-65
• 6.1 总结63-64
• 6.2 展望64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-69

【参考文献】

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1 周素莹;林辉;;减小开关磁阻电机转矩脉动的控制策略综述[J];电气传动;2008年03期

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本文编号：616472