基于多电平逆变器的电主轴转矩脉动抑制研究

发布时间：2017-10-06 03:27

  本文关键词：基于多电平逆变器的电主轴转矩脉动抑制研究

  更多相关文章： 电主轴 直接转矩控制 多电平 神经网络 模糊控制

【摘要】：电主轴作为数控机床的关键部件,其驱动控制的动态性能决定加工工件的质量,是高速数控机床设计和制造所关注的重要指标。直接转矩控制是高速电主轴的控制方法之一,是目前交流调速技术的一个研究热点。传统的直接转矩控制采用特别的调制方式:采用两电平逆变器,在一个控制周期只有一个电压矢量,控制频率低使转矩脉动增加。因此,有必要对转矩脉动抑制进行研究,从而提高直接转矩控制动态性能与静态性能,使其得到更普遍的应用。为了减小电主轴直接转矩控制的转矩脉动,本文深入研究了电主轴直接转矩控制中的多电平逆变器,基于多电平逆变器的工作原理,设计出三电平逆变器拓扑结构和五电平逆变器拓扑结构。探讨了神经网络基本原理,基于传统两点式滞环控制器,提出了多层转矩控制器,并在多层转矩控制器加入了神经网络算法,构成了基于神经网络的多层转矩控制器,设计出基于神经网络的多层转矩控制的三电平逆变器直接转矩控制系统。基于模糊控制的原理,在五电平逆变器的直接转矩控制系统中用模糊控制器代替了转矩滞环控制器,设计出基于模糊控制的五电平逆变器直接转矩控制系统。本文搭建了神经网络的多层转矩控制的三电平逆变器直接转矩控制仿真模型和模糊控制的五电平逆变器直接转矩控制仿真模型,并利用Matlab/Simulink进行仿真对比。仿真结果表明,基于神经网络的多层转矩控制器的三电平逆变器直接转矩控制系统,在转矩负载为恒定值5N?m时,相对于传统直接转矩控制系统,转矩脉动减小了45%;在转矩负载由2N?m跳变至4N?m时,相对于传统直接转矩控制系统,转矩脉动减小了40%。基于模糊控制的五电平逆变器,在转矩负载为恒定值7N?m时,相对于传统直接转矩控制系统,转矩脉动减小了50%;在转矩负载由2N?m跳变至4N?m时,相对于传统直接转矩控制系统,转矩脉动减小了45%。通过论文研究表明,基于神经网络的多层转矩控制的三电平逆变器直接转矩控制和基于模糊控制的五电平逆变器直接转矩控制能使转矩脉动变小,提高了转矩响应速度,优化了转矩控制器的运行速度,改善了系统的响应特性,优化了系统的响应速度,从而获得对电主轴的良好控制效果。
【关键词】：电主轴 直接转矩控制 多电平 神经网络 模糊控制
【学位授予单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659;TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 电主轴概述12-13
• 1.1.1 电主轴的基本结构12-13
• 1.2 电主轴关键技术13-17
• 1.3 直接转矩控制转矩脉动抑制研究现状17
• 1.4 主要研究内容17-18
• 第二章 电主轴直接转矩控制基本理论18-26
• 2.1 直接转矩控制简介18-20
• 2.1.1 直接转矩控制背景18-19
• 2.1.2 直接转矩控制的主要特点19-20
• 2.2 传统的直接转矩控制原理20-23
• 2.2.1 电压型逆变器的开关状态和电压状态20-21
• 2.2.2 转矩调节21-22
• 2.2.3 磁链调节22-23
• 2.3 定子磁链正六边形轨迹和近似圆形轨迹23-25
• 2.3.1 定子磁链正六边形轨迹23-24
• 2.3.2 定子磁链近似圆形轨迹24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 多电平逆变器的直接转矩控制研究26-41
• 3.1 多电平逆变器背景26
• 3.2 多电平逆变器的工作原理26-35
• 3.2.1 电力电子基本单元的分析26-29
• 3.2.2 二极管箝位型多电平逆变器29
• 3.2.3 电容箝位型多电平逆变器29-30
• 3.2.4 通用箝位型多电平逆变器30
• 3.2.5 级联型多电平逆变器30-35
• 3.3 几类多电平逆变器的结构比较35
• 3.4 多电平逆变器直接转矩控制技术35-39
• 3.4.1 三电平逆变器拓扑结构原理及电平状态归纳35-37
• 3.4.2 五电平逆变器拓扑结构原理及电平状态归纳37-39
• 3.5 本章小结39-41
• 第四章 基于神经网络的多层转矩控制器的研究41-56
• 4.1 人工神经网络基本原理41-45
• 4.1.1 神经网络主要有以下特点41-42
• 4.1.2 人工神经元模型42-43
• 4.1.3 人工神经网络的拓扑结构43-44
• 4.1.4 神经网络的学习44-45
• 4.2 BP神经网络的结构45-46
• 4.3 基于BP神经网络的多层转矩控制器的研究46-48
• 4.3.1 多层转矩控制器46-47
• 4.3.2 基于BP神经网络的多层转矩控制器47-48
• 4.4 MATLAB /SIMULINK仿真系统模型48-51
• 4.4.1 磁链和转矩计算模块48-49
• 4.4.2 扇区的细分49
• 4.4.3 十二区间控制开关状态表49-51
• 4.5 仿真结果51-54
• 4.6 本章小结54-56
• 第五章 基于模糊控制的直接转矩控制研究56-68
• 5.1 模糊控制的基本原理56-60
• 5.1.1 模糊控制的简介56-57
• 5.1.2 输入量的模糊化57-58
• 5.1.3 模糊控制规则的建立58
• 5.1.4 模糊推理58-59
• 5.1.5 模糊量的清晰化59-60
• 5.2 模糊控制器设计60-61
• 5.3 MATLAB/SIMULINK仿真系统模型61-65
• 5.3.1 转矩和磁链调节模块62
• 5.3.2 扇区判别模块62
• 5.3.3 电压矢量选择模块62-65
• 5.4 仿真结果65-67
• 5.5 本章小结67-68
• 第六章 结论68-70
• 6.1 结论68
• 6.2 展望68-70
• 参考文献70-75
• 作者简介75
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文75-77
• 致谢77-78

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 刘守邦;周孟然;;级联式多电平逆变器输出稳定性的研究[J];煤炭技术;2010年12期

2 王成元;常国祥;郭雨梅;;新型电流型多电平逆变器的优化设计[J];辽宁工程技术大学学报;2007年03期

3 葛广军;王羲;孙炳海;;串联H桥多电平逆变器特定谐波控制组合法[J];工矿自动化;2013年06期

4 叶满园;李宋;黎冰;;多电平逆变器特定谐波消除控制技术研究[J];工矿自动化;2014年09期

5 郑征;闫飞;邹瑾;;级联多电平逆变器载波移相调制法的优化研究[J];工矿自动化;2014年01期

6 马洁;;一种改进的多电平逆变器空间电压矢量控制方法研究[J];煤矿机电;2009年01期

7 ;[J];;年期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 曹靖;李红涛;京华;徐继宁;;一种基于功率补偿器的多电平逆变器直流电压平衡的控制方法[A];2008中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会论文摘要集[C];2008年

2 江友华;曹以龙;龚幼民;;不同电压比的混合多电平逆变器拓扑和控制策略分析[A];冶金自动化信息网年会论文集[C];2004年

3 江友华;曹以龙;龚幼民;;不同电压比的混合多电平逆变器拓扑和控制策略分析[A];全国冶金自动化信息网年会论文集[C];2004年

4 周京华;陈亚爱;李正熙;;多电平逆变器不连续空间矢量调制策略的研究[A];自动化技术与冶金流程节能减排——全国冶金自动化信息网2008年会论文集[C];2008年

5 熊连松;谢亦丰;祝明华;卓放;古金茂;王新庆;张军兆;张强;;三相Y型链式多电平逆变器的不对称运行能力分析[A];分布式发电、智能微电网与电能质量——第三届全国电能质量学术会议暨电能质量行业发展论坛论文集[C];2013年

6 徐忆平;李明;朱美强;;级联式多电平逆变器控制方法研究[A];第十六届全国煤炭自动化学术年会、中国煤炭学会自动化专业委员会学术会议论文集[C];2006年

7 关振宏;牟伟;陈郭霞;陶良慧;;级联多电平逆变器的输出电压状态分析[A];2006中国电工技术学会电力电子学会第十届学术年会论文摘要集[C];2006年

8 李明;郁磊;冯岩;;多电平逆变器空间电压矢量优化算法的研究[A];第18届全国煤矿自动化与信息化学术会议论文集[C];2008年

9 周京华;刘坤;李正熙;;FPGA在多电平逆变器多载波调制策略中的应用[A];2008中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会论文摘要集[C];2008年

10 徐彬;杨丹;王旭;;基于SMV的级联多电平逆变器单元H桥故障诊断[A];2009全国虚拟仪器大会论文集（二）[C];2009年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 常国祥;电流型多电平逆变器控制策略及其数字化设计方法研究[D];沈阳工业大学;2010年

2 刘铮;多电平逆变器空间矢量调制技术研究[D];湖南大学;2008年

3 陈阿莲;新型多电平逆变器组合拓扑结构和多电平逆变器的容错技术[D];浙江大学;2005年

4 徐彬;级联多电平逆变器高性能控制方法及故障诊断的关键技术研究[D];东北大学;2011年

5 张云;非对称混合多电平逆变器调制策略及功率均衡控制研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

6 王鸿雁;多电平逆变器PWM新方法及相关技术[D];浙江大学;2005年

7 蔡凯;多电平逆变器通用调制策略和电容电压平衡研究[D];华中科技大学;2010年

8 王翠;级联多电平逆变器SVPWM技术的算法研究与实现[D];湖南大学;2011年

9 孙醒涛;混合不对称多电平逆变器拓扑及控制策略的研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

10 曾繁鹏;多电平有源电力滤波器拓扑结构及控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 何鑫;模块化多电平逆变器控制技术研究[D];中国舰船研究院;2015年

2 曹威;多电平逆变器谐波控制技术研究[D];河南科技大学;2015年

3 李业;基于多电平逆变器的电主轴转矩脉动抑制研究[D];沈阳建筑大学;2015年

4 高秀梅;多电平逆变器的拓扑优化及仿真研究[D];山东大学;2008年

5 阳云;多电平逆变器结构与控制研究[D];中南大学;2010年

6 孙今英;新型组合式多电平逆变器的设计与研究[D];上海海事大学;2006年

7 许文斌;高压多电平逆变器控制策略研究及其建模[D];中南大学;2007年

8 赵埕萱;模块化多电平逆变器的研究[D];安徽理工大学;2012年

9 FAIZA NAWAZ（华瓒）;基于萤火虫算法的选择性谐波消除的多电平逆变器比较研究[D];华北电力大学;2013年

10 刁亚飞;基于X型电感网络的多电平逆变器研究[D];燕山大学;2015年

，

本文编号：980447