宽调速飞轮低感无刷电机驱动控制方法研究

发布时间：2021-05-14 11:40

　　随着我国航天事业的飞速发展,高性能的飞轮调速系统作为航天器姿态控制的常用执行机构已然成为研究开发的重点。采用无铁心低感无刷直流电机替代传统电机驱动飞轮转子,能够使飞轮调速系统的转速范围、性能与效率得到提高,具有广阔的发展前景。本文针对飞轮调速系统的项目需求,通过对低感无刷直流电机驱动策略和飞轮宽调速系统锁相环回路的研究与分析,设计并实现了飞轮用低感无刷直流电机宽调速驱动系统。首先,本文对研究控制对象——飞轮调速系统进行了建模与分析。在介绍其基本结构与工作原理的基础上,以系统中的低感无刷直流电机为重点对飞轮调速系统进行了数学建模研究,并建立了基于Simulink的飞轮调速系统仿真模型。针对飞轮调速系统驱动电机的绕组电流波动进行了理论分析,确定了针对低感无刷直流电机的三种改进驱动策略的方向。其次,对低感无刷直流电机提出了三种改进驱动策略,在仿真分析、验证的基础上,提出了结合三种策略优势的新型驱动方案。针对PWM倍频调制策略阐释了其基本原理,并进行了仿真建模,证明了该策略能获得更小的绕组电流纹波和电磁转矩脉动,并指出了倍频调制策略优缺点与其适用范围。针对基于超前角控制的串入电感驱动策略,在仿... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义与目的
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 飞轮调速控制系统的发展与研究综述
        1.2.2 低感无刷直流电机驱动策略的研究综述
    1.3 论文主要内容及章节安排
第2章 飞轮调速系统建模与分析
    2.1 引言
    2.2 飞轮调速系统结构与工作原理
    2.3 飞轮调速系统的数学模型
    2.4 飞轮调速系统仿真模型构建
    2.5 飞轮调速系统驱动电机分析
    2.6 本章小结
第3章 低感无刷直流电机驱动策略研究
    3.1 引言
    3.2 PWM倍频调制策略
        3.2.1 PWM倍频调制策略实现原理
        3.2.2 PWM倍频调制策略仿真与分析
    3.3 基于超前角控制的串入电感驱动策略
        3.3.1 基于超前角控制的串入电感驱动策略原理
        3.3.2 基于超前角控制的串入电感驱动策略仿真分析
    3.4 可调直流母线电压驱动策略
        3.4.1 可调直流母线电压驱动策略原理
        3.4.2 可调直流母线电压驱动策略设计与仿真
    3.5 低感无刷直流电机新型驱动方案
    3.6 本章小结
第4章 基于锁相环的飞轮宽调速系统设计
    4.1 引言
    4.2 二型锁相环与三型锁相环建模分析
    4.3 基于锁相环的飞轮宽调速系统设计
    4.4 基于锁相环的飞轮宽调速系统仿真分析
    4.5 本章小结
第5章 飞轮用低感无刷直流电机宽调速驱动系统设计与实验分析
    5.1 引言
    5.2 飞轮用低感无刷直流电机驱动硬件电路设计
        5.2.1 供电电路设计
        5.2.2 双级闭环可调直流母线电压电路设计
        5.2.3 飞轮电机电流采样与驱动电路设计
        5.2.4 飞轮电机保护电路设计
        5.2.5 FPGA与配置电路设计
    5.3 飞轮用低感无刷直流电机驱动系统软件实现
        5.3.1 基于FPGA的霍尔转子位置预估算法
        5.3.2 锁相环控制算法实现
    5.4 飞轮用低感无刷直流电机宽调速驱动系统实验分析
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]我国GEO航天器总体综合优化技术研究进展[J]. 陈余军,王敏,刘波.  宇航总体技术. 2018(03)
[2]基于Simulink的无刷直流电机控制系统仿真研究[J]. 孟姗,张学锋.  智慧工厂. 2017(02)
[3]采用变速控制力矩陀螺的航天器姿态跟踪研究[J]. 贾飞蕾,徐伟,李恒年,侯黎强,张智斌.  空间科学学报. 2012(01)
[4]可调直流母线电压永磁电机矢量控制策略[J]. 王明渝,肖达正.  重庆大学学报. 2011(11)
[5]无刷直流电机调速系统神经网络逆控制[J]. 刘国海,金鹏,魏海峰.  电工技术学报. 2010(08)
[6]姿控飞轮变结构变速积分控制的实现[J]. 武俊峰,吴一辉,安静,白越,黎海文,宣明.  光学精密工程. 2010(01)
[7]基于MATLAB/SIMULINK实现SVPWM算法仿真[J]. 佘艳.  科教文汇(中旬刊). 2009(10)
[8]方波无刷电动机的倍频PWM控制方法[J]. 汤平华,廖志辉,李铁才.  电机与控制学报. 2009(03)
[9]磁悬浮反作用飞轮用无刷直流电动机伺服系统设计与实验研究[J]. 刘刚,李建科.  微电机. 2008(01)
[10]反作用飞轮内干扰抑制方法研究[J]. 尹秋岩,赵健康,戴金海.  电子与信息学报. 2007(06)

博士论文
[1]电动汽车轮毂用盘式无铁心永磁同步电机的控制策略研究[D]. 王晓光.天津大学 2014

硕士论文
[1]永磁无刷直流电机换相转矩脉动抑制策略的研究[D]. 贾玉鹏.西安电子科技大学 2018
[2]一种微小型反作用飞轮控制器设计与实现[D]. 姜宁翔.国防科学技术大学 2016
[3]调速飞轮系统的驱动与控制实现[D]. 张超.哈尔滨工业大学 2013
[4]飞轮调速系统驱动及控制实现[D]. 徐春雷.哈尔滨工业大学 2012
[5]磁悬浮飞轮驱动电机系统设计[D]. 高健.国防科学技术大学 2006
[6]飞轮控制系统的设计与实现[D]. 于翠.哈尔滨工业大学 2006
[7]基于DSP的盘式无铁心永磁同步电机直接转矩控制调速系统[D]. 宋鹏.天津大学 2006



本文编号：3185570