开关磁阻电机建模及其控制研究

发布时间：2017-08-16 09:28

  本文关键词：开关磁阻电机建模及其控制研究

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【摘要】：开关磁阻电机(Switched Reluctant Motor, SRM)作为一种新型的调速系统,凭借其结构简单、成本低、可靠性高等诸多优点吸引了广大学者的注意力,具有很高的市场应用潜力和研究价值。但是由于SRM自身的双凸极结构和开关式供电电源特性,使得电机输出转矩脉动较大,成为限制其发展的主要原因。本课题开展了SRM建模及其控制的研究工作,为SRM的发展和完善提供了一些基础性研究。 首先,就SRM的数学模型做了系统地研究工作,SRM分为有轴承和无轴承两类电机结构模型。有轴承SRM的运行理论与其它电磁式电机在本质上没有区别,其数学模型主要由电路方程、机械方程和转矩方程三部分组成。而无轴承SRM悬浮绕组的分析研究关键在于径向悬浮力解析模型的建立,径向力解析模型的正确性对无轴承SRM稳定悬浮工作起决定性作用。双绕组无轴承SRM是最为典型的电机结构,但是这种电机的旋转绕组和悬浮绕组之间存在着非常复杂电磁耦合关系,增加了电机控制复杂程度。针对两套绕组间复杂的电磁耦合关系,相继开展了单绕组和双定子两种新型结构的无轴承SRM研究工作。但是,目前有关两种电机的径向力模型研究都没有充分考虑转子偏移量对径向力的影响。基于两种电机结构特点,本文提出了在考虑转子偏心影响时两种电机的径向力解析模型,为后续的控制研究工作提供了理论依据。 然后,利用JMAG-Designer仿真软件建立了三相12/8极SRM的有限元模型,分析了SRM的电磁特性。同时,针对绕组间不同的绕线方式,对比分析了传统SRM与双通道SRM的工作特性。相比于传统的SRM,双绕组SRM虽然可靠性高、控制灵活,但是其控制电路成本高绕线更为复杂。 随后,基于有限元分析软件和MATLAB/SMULINK,开展了SRM的控制研究,主要包括：电机模型建立和控制策略研究。关于电机模型建立,本文介绍了两种SRM建模方法。一种基于查表法,建立SRM的非线性电感模型；另一种基于JMAG-SIMULINK建立了场路联合仿真模型。相比较而言,第二种方法更为简单直观且准确度高。然后,详细的介绍了几种比较常见的控制方案：电流斩波控制、位置角度控制、直接转矩控制和转矩分配控制。 最后,为了验证以上研究成果,基于DSP控制芯片搭建了SRM试验控制平台,完成了软、硬件设计以及硬件电路调试工作,实现了样机的空载运行。通过与仿真波形的对比分析,验证了电机仿真模型以及控制策略的正确性和合理性。
【关键词】：开关磁阻电机 数学模型 径向力 有限元分析 控制算法 控制平台设计
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM352
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 1 引言13-23
• 1.1 开关磁阻电机的发展概况以及研究方向13-15
• 1.1.1 开关磁阻电机的发展概况13-14
• 1.1.2 开关磁阻电机的研究方向14-15
• 1.2 开关磁阻电机的结构特点及性能优化15-20
• 1.2.1 开关磁阻电机的结构特点15-18
• 1.2.2 开关磁阻电机的性能优化18-20
• 1.3 本文的选题意义及主要内容20-23
• 2 开关磁阻电机数学模型研究23-39
• 2.1 有轴承开关磁阻电机数学模型研究23-27
• 2.1.1 有轴承开关磁阻电机的基本结构23-25
• 2.1.2 有轴承开关磁阻电机数学模型25-27
• 2.2 无轴承开关磁阻电机数学模型研究27-38
• 2.2.1 绕组无轴承开关磁阻电机数学模型27-28
• 2.2.2 单绕组无轴承开关磁阻电机径向力解析模型28-32
• 2.2.3 定子无轴承开关磁阻电机径向力解析模型32-38
• 2.3 本章小结38-39
• 3 开关磁阻电机的电磁特性分析39-55
• 3.1 SRM电磁特性分析的常用方法39
• 3.2 SRM有限元模型的建立39-42
• 3.3 SRM磁场分析42-45
• 3.3.1 单相励磁时的磁场分布42-44
• 3.3.2 单相励磁时的矩角特性44-45
• 3.4 绕组间不同连接方式对比分析45-53
• 3.4.1 通道SRM结构45-47
• 3.4.2 自感及互感计算分析47-49
• 3.4.3 转矩脉动分析49-52
• 3.4.4 可靠性分析52-53
• 3.5 本章小结53-55
• 4 开关磁阻电机建模与控制研究55-71
• 4.1 SRM非线性模型的建立55-58
• 4.1.1 基于查表法建SRM的非线性电感模型55-56
• 4.1.2 基于JMAG-SIMULINK的联合仿真建模法56-58
• 4.2 SRM控制方法研究58-64
• 4.2.1 电流斩波控制58-59
• 4.2.2 角度位置控制59
• 4.2.3 直接转矩控制59-62
• 4.2.4 转矩分配控制62-64
• 4.3 仿真结果分析64-70
• 4.3.1 CCC仿真结果64-65
• 4.3.2 DTC仿真结果65-68
• 4.3.3 基于TSF的仿真结果68-70
• 4.4 本章小结70-71
• 5 开关磁阻电机调速控制系统地试验研究71-87
• 5.1 硬件电路设计71-78
• 5.1.1 功率变换电路以及驱动电路设计72-74
• 5.1.2 电源电路设计74-75
• 5.1.3 位置检测电路75-77
• 5.1.4 电流检测电路77-78
• 5.1.5 过流保护电路78
• 5.2 软件控制平台设计78-82
• 5.2.1 主程序设计78-79
• 5.2.2 子程序设计79-82
• 5.3 试验结果82-85
• 5.4 本章小结85-87
• 6 结论87-89
• 6.1 工作内容总结87-88
• 6.2 工作展望88-89
• 参考文献89-93
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果93-97
• 学位论文数据集9

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 曹鑫;邓智泉;杨钢;王晓琳;;新型无轴承开关磁阻电机双相导通数学模型[J];电工技术学报;2006年04期

2 漆汉宏;张婷婷;李珍国;魏艳君;;基于DITC的开关磁阻电机转矩脉动最小化研究[J];电工技术学报;2007年07期

3 刘闯;周强;杨丽;;开关磁阻电机两种绕组连接方式的铁心损耗[J];电工技术学报;2007年11期

4 詹琼华,吴莹,郭伟;开关磁阻电机绕组连接方式的研究[J];电机与控制学报;2002年02期

5 袁晓玲,王宏华;对降低开关磁阻电动机振动和噪声的两步换相法频域分析[J];电机与控制学报;2005年06期

6 丁文;梁得亮;;12/8极双通道开关磁阻电机非线性数学模型与有限元分析[J];电机与控制学报;2009年02期

7 丁文;梁得亮;;双通道开关磁阻起动/发电机系统建模与仿真[J];电机与控制学报;2011年05期

8 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

9 项倩雯;嵇小辅;孙玉坤;张新华;杨泽斌;;单绕组磁悬浮开关磁阻电机的原理与解耦控制[J];电机与控制学报;2012年11期

10 王喜莲;葛宝明;王旭东;;一种无轴承开关磁阻电机悬浮性能分析[J];电机与控制学报;2013年01期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 薛梅;开关磁阻电机非线性建模方法及智能控制策略研究[D];天津大学;2008年

2 马庆庆;分布式绕组开关磁阻电机的研究[D];北京交通大学;2014年

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本文编号：682530