SRM神经网络建模及间接转矩控制策略研究
发布时间：2021-09-07 12:15
在如今提倡节能减排的时代,开关磁阻电机（Switched Relutance Motor,SRM）不仅具备结构简单、造价低以及高效节能的特点,同时其较大的起动转矩、调速范围宽等特性,使得我们大到航空航天,小到交通工具、家用电器都能看到它的身影。但SRM仍存在许多因素限制着其发展,其特殊的结构使得其具有较强的非线性,建立精确的数学模型就成为主要的研究方向之一。同时,SRM调速系统中采用的传统PI控制鲁棒性较差,无法满足更优越的调速需求,并且SRM在实际使用中存在的转矩脉动不仅会产生噪音,也影响着整体系统的运作性能,严重阻碍着SRM的适用范围。因此,本文基于上述问题逐步进行分析与研究。首先本文基于SRM间接转矩控制系统,针对SRM的强耦合、强非线性难以精确解析建模问题,提出了一种基于非线性函数的反向传播（Back Propagation,BP）神经网络建模方法。通过测得的SRM电磁特性来作为样本数据,并充分利用先验知识,选用可以初步反应SRM非线性特性的磁链和转矩的非线性函数来对样本数据进行一个预处理。与传统BP神经网络相比,非线性BP神经网络有效的在减少了网络节点数量,提高SRM建模精度...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２三相１２／８极ＳＲＭ运行原理图??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ?１２／８?ＳＲＭ?ｏｐｅｒａｔｉｏｎ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ??
?大连海事大学硕士学位论ｉ???２．２?ＳＲＭ的数学模型??２．２．１?ＳＲＭ的基本方程式??虽然ＳＲＭ的双凸极结构和磁路饱和等使得对ＳＲＭ的分析采用传统的电磁式电机??分析方法较为困难，但与其他电磁式电机相同，开关磁阻电机同样遵循着机电能量转换??原理，所以其本质与电磁式电机并没有区别。我们将其视为一端拥有电端口而另－端拥??有机械端口的双端口设备，当我们忽略ｍ相电机的铁耗以及相绕组间的互感时，其机电??能量转换示意图如图２．３所示。??Ｈ＝］￣￣Ｊ?｜?门?＿＿??Ｕ＾＿１：?ｅ＼，＿?没）?上?Ｊ＿?—??〇?ｕ?以４，汐）??ｒｒｈ?ｅｂ?丨?厂１－！??＾?Ｔｅ??ｌｍ?Ｕｎｉ??—ｒ?机械系统??Ｕｎ，?？?－１???＾￣１无损耗磁场系统??图２．３?ｍ相ＳＲＭ机电能量转换示意图??Ｆｉｇ．?２．３?Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?ｅｎｅｒｇｙ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｏｆ?ｍ－ｐｈａｓｅ?ＳＲＭ??在图２．３中，机械系统中７；为电磁转矩、７１为负载转矩、Ｄ为粘性摩擦系数、■／为??电机转子与负载的转动惯量；电系统中认为々相绕组外加电压，／？＊为＆相绕组电阻、??心为ｉｔ相绕组电流、ｅ＊为灸相绕组感应电动势，女＝ａ，６，?，ｗ；磁场系统中的??为々相绕组磁链，其中为转子位置角。根据电磁感应定律，电磁感应电动势方程可??表示为：??ｅｋ＝￣＾?（２．１）??ａｔ??由图２．３所示，机电能量转换系统动态过程可由三部分组成，分别为电路方程、机??械方程和机电联系方程。??（１）电路方程??根据电路的基本定律可知，外加在绕组两端电压等于绕组压降与感应电
?大连海事大学硕士学位论文???的精度，但与实际仍然相差甚远：非线性模型的精度最高，常被用在ＳＲＭ的设计与性??能分析，但由于复杂，对硬件要求也随之提高。??２．２．２?ＳＲＭ的线性模型??ＳＲＭ的相电流波形是影响其运行特性的主要因素，但由于其相电流波形的不规则??且随着运行而改变，从而增加了对ＳＲＭ模型的解析难度。为了便于分析并简化模型，??可以忽略电感与相电流间的关系，此时电感在一个角周期内可以近似看作为一个线性分??段函数，如图２．４所示：??士后沿带前沿说；??＾Ｈ＾??内今?Ｉ?Ｉ??Ｌ（０）??乙?ｍａｘ?＼??／ＴＴ＼?；??！?！?！?＼?１?／??：?：?｜?Ｉ?Ｉ?：?｜?；?＾??飞￣＾?＾?了??图２．４定转子相对位置展开图及不饱和时相电感曲线??Ｆｉｇ．?２．４?Ｒｏｔｏｒ?ｒｅｌａｔｉｖｅ?ｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｍａｐ?ａｎｄ?ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ?ｐｈａｓｅ?ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ??由图２．４我们可以看出，在砀？４区间内，由于转子凹槽长度大于定子极弧，存在??－段距离磁阻始终为最大，此时电感最小值并保持不变；当转子在＆？￥区间内，??定子凸极与转子凸极逐渐重叠，电感并随之上升，当定子凸极与转子凸极完全重叠时，??此时磁阻最小；在区间内，磁阻保持最小，电感为最大值当转子转过巧时，??即在民？Ａ区间内，定子凸极与转子凸极重叠面积不断减小，磁阻增大，电感减小，直??至定子凸极与转子凹槽完全重叠并如此往复的做周期性变化。ＳＲＭ线性模型的相电感??解析表达式如下：??人川?＾＜ｅ＜ｅ２）??Ｌ｛６）?＝?＼?ｍ，ｎ?２?２?３?（２．７）??（〇，＜
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进的转矩分配函数法的开关磁阻电机转矩脉动抑制[J]. 费晨,颜建虎,汪盼,言钊. 电工技术学报. 2018(S2)
[2]基于遗传算法的SRM转矩分配函数优化[J]. 王辉,游紫露,李孟秋,蔡辉,沈仕其. 电力系统及其自动化学报. 2019(09)
[3]开关磁阻电机直接自适应神经网络控制[J]. 李存贺,王国峰,李岩,范云生,许爱德. 电机与控制学报. 2018(01)
[4]电动车用开关磁阻电机设计与优化方法[J]. 陈飞,瞿遂春,邱爱兵,沈杰. 电机与控制应用. 2017(10)
[5]基于BP神经网络的开关磁阻电机建模[J]. 高宇,戴跃洪,宋林. 电力电子技术. 2017(02)
[6]基于BA-BP开关磁阻电机电流分段建模研究[J]. 周磊,张杰. 中国农机化学报. 2016(08)
[7]基于一种新型趋近律的自适应滑模控制[J]. 周涛. 控制与决策. 2016(07)
[8]基于LSSVM的多输入多输出开关磁阻电机建模[J]. 徐宇柘,曹彦萍,钟锐. 电机与控制学报. 2015(06)
[9]基于PI参数自适应的开关磁阻电机调速控制研究[J]. 王喜莲,许振亮. 中国电机工程学报. 2015(16)
[10]基于支持向量机的开关磁阻电机转子位置在线建模[J]. 司利云,林辉. 电机与控制学报. 2014(04)
博士论文
[1]开关磁阻电机非线性建模方法及智能控制策略研究[D]. 薛梅.天津大学 2008
硕士论文
[1]开关磁阻电机反步控制方法的研究[D]. 肖勇.电子科技大学 2015
本文编号：3389531
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２三相１２／８极ＳＲＭ运行原理图??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ?１２／８?ＳＲＭ?ｏｐｅｒａｔｉｏｎ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ??
?大连海事大学硕士学位论ｉ???２．２?ＳＲＭ的数学模型??２．２．１?ＳＲＭ的基本方程式??虽然ＳＲＭ的双凸极结构和磁路饱和等使得对ＳＲＭ的分析采用传统的电磁式电机??分析方法较为困难，但与其他电磁式电机相同，开关磁阻电机同样遵循着机电能量转换??原理，所以其本质与电磁式电机并没有区别。我们将其视为一端拥有电端口而另－端拥??有机械端口的双端口设备，当我们忽略ｍ相电机的铁耗以及相绕组间的互感时，其机电??能量转换示意图如图２．３所示。??Ｈ＝］￣￣Ｊ?｜?门?＿＿??Ｕ＾＿１：?ｅ＼，＿?没）?上?Ｊ＿?—??〇?ｕ?以４，汐）??ｒｒｈ?ｅｂ?丨?厂１－！??＾?Ｔｅ??ｌｍ?Ｕｎｉ??—ｒ?机械系统??Ｕｎ，?？?－１???＾￣１无损耗磁场系统??图２．３?ｍ相ＳＲＭ机电能量转换示意图??Ｆｉｇ．?２．３?Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?ｅｎｅｒｇｙ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｏｆ?ｍ－ｐｈａｓｅ?ＳＲＭ??在图２．３中，机械系统中７；为电磁转矩、７１为负载转矩、Ｄ为粘性摩擦系数、■／为??电机转子与负载的转动惯量；电系统中认为々相绕组外加电压，／？＊为＆相绕组电阻、??心为ｉｔ相绕组电流、ｅ＊为灸相绕组感应电动势，女＝ａ，６，?，ｗ；磁场系统中的??为々相绕组磁链，其中为转子位置角。根据电磁感应定律，电磁感应电动势方程可??表示为：??ｅｋ＝￣＾?（２．１）??ａｔ??由图２．３所示，机电能量转换系统动态过程可由三部分组成，分别为电路方程、机??械方程和机电联系方程。??（１）电路方程??根据电路的基本定律可知，外加在绕组两端电压等于绕组压降与感应电
?大连海事大学硕士学位论文???的精度，但与实际仍然相差甚远：非线性模型的精度最高，常被用在ＳＲＭ的设计与性??能分析，但由于复杂，对硬件要求也随之提高。??２．２．２?ＳＲＭ的线性模型??ＳＲＭ的相电流波形是影响其运行特性的主要因素，但由于其相电流波形的不规则??且随着运行而改变，从而增加了对ＳＲＭ模型的解析难度。为了便于分析并简化模型，??可以忽略电感与相电流间的关系，此时电感在一个角周期内可以近似看作为一个线性分??段函数，如图２．４所示：??士后沿带前沿说；??＾Ｈ＾??内今?Ｉ?Ｉ??Ｌ（０）??乙?ｍａｘ?＼??／ＴＴ＼?；??！?！?！?＼?１?／??：?：?｜?Ｉ?Ｉ?：?｜?；?＾??飞￣＾?＾?了??图２．４定转子相对位置展开图及不饱和时相电感曲线??Ｆｉｇ．?２．４?Ｒｏｔｏｒ?ｒｅｌａｔｉｖｅ?ｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｍａｐ?ａｎｄ?ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ?ｐｈａｓｅ?ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ??由图２．４我们可以看出，在砀？４区间内，由于转子凹槽长度大于定子极弧，存在??－段距离磁阻始终为最大，此时电感最小值并保持不变；当转子在＆？￥区间内，??定子凸极与转子凸极逐渐重叠，电感并随之上升，当定子凸极与转子凸极完全重叠时，??此时磁阻最小；在区间内，磁阻保持最小，电感为最大值当转子转过巧时，??即在民？Ａ区间内，定子凸极与转子凸极重叠面积不断减小，磁阻增大，电感减小，直??至定子凸极与转子凹槽完全重叠并如此往复的做周期性变化。ＳＲＭ线性模型的相电感??解析表达式如下：??人川?＾＜ｅ＜ｅ２）??Ｌ｛６）?＝?＼?ｍ，ｎ?２?２?３?（２．７）??（〇，＜
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进的转矩分配函数法的开关磁阻电机转矩脉动抑制[J]. 费晨,颜建虎,汪盼,言钊. 电工技术学报. 2018(S2)
[2]基于遗传算法的SRM转矩分配函数优化[J]. 王辉,游紫露,李孟秋,蔡辉,沈仕其. 电力系统及其自动化学报. 2019(09)
[3]开关磁阻电机直接自适应神经网络控制[J]. 李存贺,王国峰,李岩,范云生,许爱德. 电机与控制学报. 2018(01)
[4]电动车用开关磁阻电机设计与优化方法[J]. 陈飞,瞿遂春,邱爱兵,沈杰. 电机与控制应用. 2017(10)
[5]基于BP神经网络的开关磁阻电机建模[J]. 高宇,戴跃洪,宋林. 电力电子技术. 2017(02)
[6]基于BA-BP开关磁阻电机电流分段建模研究[J]. 周磊,张杰. 中国农机化学报. 2016(08)
[7]基于一种新型趋近律的自适应滑模控制[J]. 周涛. 控制与决策. 2016(07)
[8]基于LSSVM的多输入多输出开关磁阻电机建模[J]. 徐宇柘,曹彦萍,钟锐. 电机与控制学报. 2015(06)
[9]基于PI参数自适应的开关磁阻电机调速控制研究[J]. 王喜莲,许振亮. 中国电机工程学报. 2015(16)
[10]基于支持向量机的开关磁阻电机转子位置在线建模[J]. 司利云,林辉. 电机与控制学报. 2014(04)
博士论文
[1]开关磁阻电机非线性建模方法及智能控制策略研究[D]. 薛梅.天津大学 2008
硕士论文
[1]开关磁阻电机反步控制方法的研究[D]. 肖勇.电子科技大学 2015
本文编号：3389531
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