电动叉车用双凸极电机控制技术研究

发布时间：2017-08-08 16:26

  本文关键词：电动叉车用双凸极电机控制技术研究

  更多相关文章： 双凸极电机 无刷直流 磁通切换 有限元法 PWM分段调制策略 三相九状态控制策略

【摘要】：电励磁双凸极无刷直流电机以励磁绕组取代永磁体,使得双凸极电机的励磁磁场可以调节。转子上无绕组和永磁体,结构简单、运行可靠且成本低;电动运行时,其可控变量较多、控制灵活,因此在恶劣环境及高速场合具有广阔的应用前景,本文探索研究其在电动叉车驱动系统中应用的基础问题。首先介绍了双凸极无刷直流电机基本结构,阐述了其工作原理,建立了等效二端口数学模型。运用有限元法与一台同为双凸极结构的磁通切换电机进行了初步对比分析,并根据双凸极无刷直流电机三相六状态控制策略中存在的导通逻辑不合理现象,对双凸极电机换相时刻进行了状态细分,研究了一种新型双凸极无刷直流电机三相九状态控制策略。随后,对采用三相九状态控制策略的双凸极无刷直流电机驱动系统进行了场路联合仿真,并同传统双凸极无刷直流电机控制策略进行了对比分析,讨论了换相过程不同控制策略对电机输出转矩、相电流的影响。针对双凸极无刷直流电机可控参数较多的特点,研究了不同励磁电流、控制角度对电机的影响规律。同时,针对三相九状态控制策略中某一时刻存在三相同时导通的现象,提出了一种分段PWM调制策略,并对双凸极无刷直流电机驱动系统动态特性进行了仿真分析,结果表明其在负载变化过程中具有良好的动态性能。讨论基于ARM与CPLD的数字控制器硬件结构与原理,绘制了包括其驱动电路、保护电路、位置信号检测电路等在内的PCB板。分析了霍尔位置传感器正、反转电压信号同位置信号固有偏差的问题与机理,针对该问题设计并研究了新型位置传感器,并进行了测试分析。最后,构建了双凸极无刷直流电机驱动系统实验平台,进行了实验验证,对比分析了不同控制策略下双凸极无刷直流电机的输出特性,结果表明新型三相九状态控制策略能有效提升双凸极电机输出转矩及运行效率,进一步说明双凸极无刷直流电机驱动系统在电动叉车领域有重要应用前景。
【关键词】：双凸极电机 无刷直流 磁通切换 有限元法 PWM分段调制策略 三相九状态控制策略
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH242;TM301.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 注释表11-12
• 缩略词12-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 课题研究背景和意义13-16
• 1.1.1 电动叉车现状及发展13
• 1.1.2 电动叉车行走电机驱动系统国内外研究现状13-16
• 1.1.3 电动叉车对电机驱动系统的要求16
• 1.2 双凸极电机及其控制技术研究现状16-20
• 1.2.1 双凸极电机发展历程16-19
• 1.2.2 双凸极电机控制技术研究现状19-20
• 1.3 主要研究内容20-21
• 第二章 双凸极无刷直流电机运行原理分析与控制策略优化21-38
• 2.1 双凸极无刷直流电机基本结构21
• 2.2 双凸极无刷直流电机数学模型21-24
• 2.2.1 电路模型22-23
• 2.2.2 机械方程23
• 2.2.3 机电关联方程23-24
• 2.3 双凸极无刷直流电机电动工作原理24-25
• 2.4 双凸极无刷直流电机与磁通切换电机的对比25-32
• 2.4.1 结构原理对比25-27
• 2.4.2 静磁场仿真分析27-29
• 2.4.3 发电状态对比29-31
• 2.4.4 电动状态对比31-32
• 2.5 双凸极无刷直流电机控制策略优化32-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第三章 双凸极无刷直流电机驱动系统联合仿真38-53
• 3.1 双凸极无刷直流电机驱动系统基本结构38
• 3.2 双凸极无刷直流电机驱动系统建模38-40
• 3.2.1 电机Maxwell 2D建模38-39
• 3.2.2 驱动系统建模39-40
• 3.3 双凸极无刷直流电机驱动系统稳态仿真分析40-49
• 3.3.1 不同控制策略对比分析40-46
• 3.3.2 不同励磁电流的影响46-49
• 3.3.3 不同控制角度的影响49
• 3.4 双凸极无刷直流电机动态特性仿真49-52
• 3.4.1 PWM调制策略优化49-51
• 3.4.2 转速-电流双闭环控制51-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第四章 双凸极无刷直流电机控制系统设计与实现53-74
• 4.1 双凸极无刷直流电机驱动系统的硬件设计53-59
• 4.1.1 主功率电路及其驱动电路设计53-55
• 4.1.2 主功率单元及外围电路设计55-56
• 4.1.3 CPLD硬件设计56
• 4.1.4 电流检测电路设计56-57
• 4.1.5 保护电路设计57-59
• 4.1.6 位置信号倍频电路59
• 4.2 双凸极无刷直流电机驱动系统软件设计59-61
• 4.2.1 驱动系统软件结构设计59-60
• 4.2.2 驱动系统软件设计60-61
• 4.2.3 驱动系统调试界面设计61
• 4.3 实验结果及分析61-73
• 4.3.1 主要实验设备及实验平台61-62
• 4.3.2 发电实验62-63
• 4.3.3 位置传感器的问题、改进与分析63-67
• 4.3.4 电动稳态实验67-73
• 4.4 本章小结73-74
• 第五章 总结与展望74-75
• 5.1 工作总结74
• 5.2 后续研究展望74-75
• 参考文献75-80
• 致谢80-81
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文81

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本文编号：640897