电动自行车用BLDCM优化设计及控制策略研究
发布时间：2022-10-17 16:44
随着社会的不断发展,交通工具也在发生日新月异的变化,大量汽车的产生导致二氧化硫以及二氧化碳过量排放,如何解决交通行业所带来的污染问题是当今的热门话题。电动自行车作为中国的一大特色交通工具,因为其使用的是清洁的电能,所以有效地抑制了交通污染问题。永磁无刷直流电机（Permanent magnet brushless DC motor）由于不易损坏,性能优越等特点成为电动自行车的主要电机,但是无刷直流电机（BLDCM）的研究由于起步晚的原因一直落后于发达国家,因此对BLDCM的研究具有重要的意义。针对电动自行车需要稳定爬坡以及在崎岖路面稳定行驶的特点,需要提高BLDCM的以下性能:（1）本体设计上不仅需要满足国家标准,还需要有较宽的恒功率调速以及满足高效率、低损耗的要求;（2）采用新的控制方式代替传统的比例积分控制（PI）和比例积分微分控制（PID）,实现精准的速度跟踪性能和强鲁棒性能以应对爬坡时的突增负载问题。本文首先介绍了国内外BLDCM的研究状况,对BLDCM的基础结构进行说明,并构建出BLDCM的数学模型。接着,提出了实用型的目标设计法与传统的设计法相结合的理论对BLDCM的主要参...
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题的来源背景及研究意义
1.2 永磁无刷直流电机应用现状及研究
1.2.1 永磁无刷直流电机应用范畴
1.2.2 永磁无刷直流电机的国内外研究现状
1.3 永磁无刷直流电机的基本结构
1.4 永磁无刷直流电机的数学模型
1.5 课题研究内容
1.6 本章小结
第二章 永磁无刷直流电机的实用设计及计算
2.1 永磁无刷直流电机实用设计方法探讨
2.2 永磁无刷直流电机的目标设计
2.3 永磁无刷直流电机的目标设计理论推导
2.3.1 BLDCM的气隙设计
2.3.2 BLDCM绕组匝数的目标设计
2.3.3 BLDCM定子冲片的目标设计
2.4 电动自行车对驱动永磁无刷直流电机的性能要求
2.5 永磁无刷直流电机主要尺寸和参数的设计与计算
2.5.1 BLDCM相数、电磁功率和气隙的选取
2.5.2 BLDCM电负荷和磁负荷的选取
2.5.3 BLDCM电流密度的选取
2.5.4 BLDCM定子内径与极弧系数的选取
2.5.5 BLDCM极槽配合的选取
2.5.6 BLDCM磁钢的选取
2.5.7 BLDCM电枢绕组的设计和定转子铁心材料的选取
2.6 永磁无刷直流电机设计的详细流程
2.6.1 BLDCM设计主要指标
2.6.2 BLDCM主要尺寸的确定
2.6.3 BLDCM定子结构的确定
2.6.4 BLDCM转子结构的确定
2.6.5 BLDCM转子磁钢的确定
2.6.6 电路参数的确定
2.6.7 损耗计算
2.7 行星齿轮减速器的选择
2.8 本章小结
第三章 永磁无刷直流电机的电磁分析
3.1 永磁无刷直流电机的有限元理论
3.1.1 BLDCM的电磁场数学模型
3.1.2 矢量磁位
3.1.3 泊松方程
3.1.4 边界条件
3.1.5 BLDCM内磁场数学模型
3.2 JMAG有限元分析的基本步骤
3.3 BLDCM仿真建模
3.3.1 电机本体建模
3.3.2 BLDCM的材料定义
3.3.3 BLDCM的分析条件设置
3.3.4 BLDCM的功率变换电路设置
3.3.5 BLDCM的网格剖分
3.3.6 BLDCM的求解计算
3.4 BLDCM的电磁分析
3.4.1 BLDCM的定位力矩分析
3.4.2 BLDCM的磁通密度分析
3.4.3 BLDCM的相反电动势分析
3.4.4 BLDCM的相电流分析
3.4.5 BLDCM的电磁转矩分析
3.5 本章小结
第四章 BLDCM的分数阶滑模转速控制器设计
4.1 滑模控制基础原理
4.2 滑模面的设计方法
4.3 滑模控制的抖振问题
4.4 分数阶积分的优点
4.5 分数阶方程的定义
4.6 分数阶与滑模控制相结合的转速控制器设计
4.7 稳定性证明
4.8 滑模存在的条件
4.9 本章小结
第五章 永磁无刷直流电机控制系统的仿真
5.1 系统仿真
5.2 BLDCM的速度跟踪仿真比较
5.3 BLDCM控制系统的鲁棒性能仿真比较
5.4 本章小结
第六章 永磁无刷直流电机控制系统软件设计和实验研究
6.1 永磁无刷直流电机控制系统软件设计流程
6.2 实验研究与分析
6.3 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术成果目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]集中供热换热站配置的优化探讨[J]. 蒋竹周. 科技创新与应用. 2015(23)
[2]基于二阶滑模观测器的无刷直流电机转子位置估计[J]. 史婷娜,马银银,王迎发,夏长亮. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2014(08)
[3]分数阶微积分在滑模控制中的应用特性[J]. 宋申民,邓立为,陈兴林. 中国惯性技术学报. 2014(04)
[4]BLDCM的积分自适应全局滑模控制[J]. 刘慧博,李朝阳. 计算机仿真. 2014(07)
[5]分数槽集中绕组永磁同步电机的电感计算[J]. 陈益广. 电工技术学报. 2014(03)
[6]永磁同步电机调速系统的分数阶积分滑模控制[J]. 黄家才,施昕昕,李宏胜,徐庆宏,石要武. 吉林大学学报(工学版). 2014(06)
[7]基于分数阶滑模的挠性航天器姿态鲁棒跟踪控制[J]. 邓立为,宋申民. 航空学报. 2013(08)
[8]变频冰箱压缩机电机设计与优化[J]. 肖锐. 电器. 2012(S1)
[9]基于分数阶滑模控制技术的永磁同步电机控制[J]. 张碧陶,皮佑国. 控制理论与应用. 2012(09)
[10]高精度高寿命直线步进电机设计[J]. 言军,孙毅,刘春琴,蒋海锋. 自动化技术与应用. 2012(08)
博士论文
[1]传统和高阶滑模控制研究及其应用[D]. 李鹏.国防科学技术大学 2011
[2]永磁无刷牵引电机电磁性能研究[D]. 张存山.北京交通大学 2006
硕士论文
[1]多冗余永磁无刷直流电机研究[D]. 毛由正.浙江大学 2015
[2]低速电动车无刷直流电机的设计与分析[D]. 谢卫彬.河北科技大学 2014
[3]漆包线下线机主要结构的优化分析与设计[D]. 姜海峰.西华大学 2014
[4]永磁外转子爪极发电机的设计与分析[D]. 赵斌.山东大学 2014
[5]轮毂驱动混合动力电动汽车的整体设计与研究[D]. 薛芹余.武汉理工大学 2013
[6]永磁无刷直流电机的设计与电磁分析[D]. 金鑫.南京理工大学 2013
[7]时栅位移传感器的电磁场分析及其结构优化[D]. 汤其富.重庆理工大学 2012
[8]交流永磁电机的控制仿真研究[D]. 蒋丽萍.华中科技大学 2012
[9]基于DSP的电动汽车驱动控制器设计[D]. 徐烟红.安徽理工大学 2011
[10]脉冲功率型双边动磁式永磁同步直线电机的研究[D]. 马明娜.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3692425
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题的来源背景及研究意义
1.2 永磁无刷直流电机应用现状及研究
1.2.1 永磁无刷直流电机应用范畴
1.2.2 永磁无刷直流电机的国内外研究现状
1.3 永磁无刷直流电机的基本结构
1.4 永磁无刷直流电机的数学模型
1.5 课题研究内容
1.6 本章小结
第二章 永磁无刷直流电机的实用设计及计算
2.1 永磁无刷直流电机实用设计方法探讨
2.2 永磁无刷直流电机的目标设计
2.3 永磁无刷直流电机的目标设计理论推导
2.3.1 BLDCM的气隙设计
2.3.2 BLDCM绕组匝数的目标设计
2.3.3 BLDCM定子冲片的目标设计
2.4 电动自行车对驱动永磁无刷直流电机的性能要求
2.5 永磁无刷直流电机主要尺寸和参数的设计与计算
2.5.1 BLDCM相数、电磁功率和气隙的选取
2.5.2 BLDCM电负荷和磁负荷的选取
2.5.3 BLDCM电流密度的选取
2.5.4 BLDCM定子内径与极弧系数的选取
2.5.5 BLDCM极槽配合的选取
2.5.6 BLDCM磁钢的选取
2.5.7 BLDCM电枢绕组的设计和定转子铁心材料的选取
2.6 永磁无刷直流电机设计的详细流程
2.6.1 BLDCM设计主要指标
2.6.2 BLDCM主要尺寸的确定
2.6.3 BLDCM定子结构的确定
2.6.4 BLDCM转子结构的确定
2.6.5 BLDCM转子磁钢的确定
2.6.6 电路参数的确定
2.6.7 损耗计算
2.7 行星齿轮减速器的选择
2.8 本章小结
第三章 永磁无刷直流电机的电磁分析
3.1 永磁无刷直流电机的有限元理论
3.1.1 BLDCM的电磁场数学模型
3.1.2 矢量磁位
3.1.3 泊松方程
3.1.4 边界条件
3.1.5 BLDCM内磁场数学模型
3.2 JMAG有限元分析的基本步骤
3.3 BLDCM仿真建模
3.3.1 电机本体建模
3.3.2 BLDCM的材料定义
3.3.3 BLDCM的分析条件设置
3.3.4 BLDCM的功率变换电路设置
3.3.5 BLDCM的网格剖分
3.3.6 BLDCM的求解计算
3.4 BLDCM的电磁分析
3.4.1 BLDCM的定位力矩分析
3.4.2 BLDCM的磁通密度分析
3.4.3 BLDCM的相反电动势分析
3.4.4 BLDCM的相电流分析
3.4.5 BLDCM的电磁转矩分析
3.5 本章小结
第四章 BLDCM的分数阶滑模转速控制器设计
4.1 滑模控制基础原理
4.2 滑模面的设计方法
4.3 滑模控制的抖振问题
4.4 分数阶积分的优点
4.5 分数阶方程的定义
4.6 分数阶与滑模控制相结合的转速控制器设计
4.7 稳定性证明
4.8 滑模存在的条件
4.9 本章小结
第五章 永磁无刷直流电机控制系统的仿真
5.1 系统仿真
5.2 BLDCM的速度跟踪仿真比较
5.3 BLDCM控制系统的鲁棒性能仿真比较
5.4 本章小结
第六章 永磁无刷直流电机控制系统软件设计和实验研究
6.1 永磁无刷直流电机控制系统软件设计流程
6.2 实验研究与分析
6.3 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术成果目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]集中供热换热站配置的优化探讨[J]. 蒋竹周. 科技创新与应用. 2015(23)
[2]基于二阶滑模观测器的无刷直流电机转子位置估计[J]. 史婷娜,马银银,王迎发,夏长亮. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2014(08)
[3]分数阶微积分在滑模控制中的应用特性[J]. 宋申民,邓立为,陈兴林. 中国惯性技术学报. 2014(04)
[4]BLDCM的积分自适应全局滑模控制[J]. 刘慧博,李朝阳. 计算机仿真. 2014(07)
[5]分数槽集中绕组永磁同步电机的电感计算[J]. 陈益广. 电工技术学报. 2014(03)
[6]永磁同步电机调速系统的分数阶积分滑模控制[J]. 黄家才,施昕昕,李宏胜,徐庆宏,石要武. 吉林大学学报(工学版). 2014(06)
[7]基于分数阶滑模的挠性航天器姿态鲁棒跟踪控制[J]. 邓立为,宋申民. 航空学报. 2013(08)
[8]变频冰箱压缩机电机设计与优化[J]. 肖锐. 电器. 2012(S1)
[9]基于分数阶滑模控制技术的永磁同步电机控制[J]. 张碧陶,皮佑国. 控制理论与应用. 2012(09)
[10]高精度高寿命直线步进电机设计[J]. 言军,孙毅,刘春琴,蒋海锋. 自动化技术与应用. 2012(08)
博士论文
[1]传统和高阶滑模控制研究及其应用[D]. 李鹏.国防科学技术大学 2011
[2]永磁无刷牵引电机电磁性能研究[D]. 张存山.北京交通大学 2006
硕士论文
[1]多冗余永磁无刷直流电机研究[D]. 毛由正.浙江大学 2015
[2]低速电动车无刷直流电机的设计与分析[D]. 谢卫彬.河北科技大学 2014
[3]漆包线下线机主要结构的优化分析与设计[D]. 姜海峰.西华大学 2014
[4]永磁外转子爪极发电机的设计与分析[D]. 赵斌.山东大学 2014
[5]轮毂驱动混合动力电动汽车的整体设计与研究[D]. 薛芹余.武汉理工大学 2013
[6]永磁无刷直流电机的设计与电磁分析[D]. 金鑫.南京理工大学 2013
[7]时栅位移传感器的电磁场分析及其结构优化[D]. 汤其富.重庆理工大学 2012
[8]交流永磁电机的控制仿真研究[D]. 蒋丽萍.华中科技大学 2012
[9]基于DSP的电动汽车驱动控制器设计[D]. 徐烟红.安徽理工大学 2011
[10]脉冲功率型双边动磁式永磁同步直线电机的研究[D]. 马明娜.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3692425
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/qiche/3692425.html
