混合励磁同步电机调速控制系统电流优化控制策略研究

发布时间：2020-11-03 05:58

【摘要】：混合励磁同步电机是一种新型复合式结构电机,具有调速范围宽、带载能力强、运行效率高等优点,特别适用于高精度、高可靠性的交流调速系统。但是混合励磁同步电机调速控制系统是高阶、非线性、强耦合的,其电磁转矩与电枢电流的d轴分量、q轴分量以及励磁电流间呈非线性关系且各电流间互相耦合。因此,研究如何优化配置电枢电流与励磁电流以及实现电流的解耦合,对于提高混合励磁同步电机调速控制系统的控制性能具有非常重要的意义。首先,对比研究了以额定转速作为弱磁基速的几种电流分配算法,得出低速区采用id=0-铜耗最小控制算法、高速区采用铜耗最小弱磁控制算法的电流分配算法控制简单、可以实现全调速范围内铜耗最小这一结论。针对以额定转速作为弱磁基速的电流分配算法不能充分利用逆变器输出电压的问题,提出基于电压闭环反馈的铜耗最小电流分配算法。仿真实验表明:应用基于电压闭环反馈的铜耗最小电流分配算法的系统可以实现全速度范围内速度、电流的准确跟踪,且拓宽了电机调速范围、提高了逆变器输出电压利用率。其次,针对混合励磁同步电机调速控制系统中各电流分量与转速间的非线性耦合问题,设计了电压前馈控制器和输入-输出反馈线性化控制器。仿真实验表明:与传统PI控制算法相比,电压前馈控制算法和输入输出反馈线性化控制算法均实现了电流解耦,提高了系统的控制性能,电压前馈控制算法提高系统响应速度的能力优于反馈线性化控制算法,但稳态时转矩脉动和电流脉动不如反馈线性化控制算法降低的明显。最后,为进一步提高输入输出反馈线性化控制器的动态响应性能,采用滑模控制器对解耦后的线性子系统进行再设计。针对传统指数趋近律存在切换函数会带来高频抖振的问题,提出将终端吸引子引入指数趋近律的混合趋近律,并基于该混合趋近律设计了滑模控制器。仿真实验表明:设计的反馈线性化解耦滑模控制器进一步提高了系统的动态响应性能,验证了所提控制算法正确、有效。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2020
【分类号】：TM341
【图文】：

2HESM数学模型及调速控制系统输出性能研究72HESM数学模型及调速控制系统输出性能研究本章首先在两相旋转坐标系下建立了HESM的数学模型，然后基于该数学模型搭建了混合励磁同步电机调速控制系统仿真模型，最后对混合励磁同步电机调速控制系统的输出特性进行了仿真分析，为后面电流优化控制策略的研究提供理论依据。2.1HESM数学模型的建立本文以并联磁势转子磁极分割型混合励磁同步电机为研究对象[50]，建立HESM的数学模型。电机结构示意图如图2-1所示：图2-1并联磁势转子磁极分割型混合励磁同步电机结构示意图Fig.2-1StructureDiagramofAxialRotorMagneticPoleSplitHESM为了建立HESM的数学模型，需作如下假设：（1）三相定子绕组对称分布，电枢绕组和励磁绕组产生的气隙磁场呈正弦分布；（2）永磁体和励磁绕组产生的磁通同相位；（3）各功率器件均为理想开关；（4）忽略电机中磁滞损耗和涡流效应的影响。基于三相静止坐标系（abc坐标系）建立的HESM数学模型是与转子瞬时位置有关的时变微分方程，虽然物理概念清晰，但是计算复杂，且不易分析系统的输出特性。矢量控制是将三相静止坐标系下的物理量（电机的电压、电流、磁链等）分解到两相旋转坐标系（dq坐标系），然后对分解后的各分量进行单独控制，以达到与直流电机相类似的控制性能。HESM在dq坐标系下的数学模型如图2-2所示：
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本文编号：2868191