开关磁阻电机系统半实物仿真器及其应用研究

发布时间：2017-12-11 09:34

  本文关键词：开关磁阻电机系统半实物仿真器及其应用研究

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【摘要】：开关磁阻(SR)电机系统凭借结构简单坚固、可靠性高、转速范围宽、容错能力强、效率高等优势迎来了良好的发展前景。但其独特的双凸极结构和特殊的激励方式使得其本身仍存在一些不足,在电机非线性建模、功率变换器拓扑结构、故障诊断、转矩控制和无位置传感器控制等方面仍需进一步研究与完善。上述研究工作均离不开准确、实用的SR电机系统仿真模型。由于SR电机系统与忆感系统十分相似,均具有时变、非线性。因此本文基于忆感系统理论及其电路模型,针对SR电机系统半实物仿真器及其应用展开研究。分析并描述了单相SR发电机和多相SR电动机的类忆感特性。通过PSPICE仿真模型分析总结了忆感系统的基本特性。建立了单相SR发电机的Matlab/Simulink仿真模型并对其进行数值分析,仿真结果表明,单相SR发电机在电流-磁链平面内呈现磁滞回环,且磁滞回环特性受激励信号幅值的影响。又以四相8/6 SR电动机为例,通过Matlab/Simulink仿真和实验验证了绕组电感独特的记忆特性、电流-磁链平面内的磁滞回环特性,以及磁滞回环特性受激励信号频率的影响。采用常用电子元器件设计了两种浮地型忆感器等效电路模型。一种由忆阻器等效电路模型和转换电路组成,其中转换电路可以将忆阻器的非线性电流-电压关系转换为忆感器的非线性电流-磁通关系。另一种无需忆阻器等效电路模型,采用乘法器AD633实现了忆感器非线性。随后分别对两种忆感器等效电路模型进行了理论分析、仿真和实验验证。以第二种忆感器等效电路模型为基础,结合数字信号处理技术提出了SR电机绕组混合电路仿真器。实验结果表明该仿真器可以模拟不同转速、不同开通和关断角度以及电流斩波控制下四相8/6 SR电机的动态电学特性。基于设计的SR电机绕组电路仿真器建立了四相8/6 SR电机系统半实物仿真器,搭建了硬件平台并给出了实验验证。该仿真器由模拟电路、数字信号处理器(DSP)、数字模拟转换器(DAC)和模拟数字转换器(ADC)组成。采用绕组电路仿真器与SR样机同步运行的方法,分别对基于傅立叶级数和多项式的非线性电感模型Ⅰ、基于指数函数的非线性电感模型Ⅱ进行了在线验证,实验结果表明电感模型Ⅰ的精度较高。为了进一步验证提出的绕组电路仿真器的通用性,在分析电路元件参数选取原则的基础上,采用该绕组仿真器模拟了三相12/8 SR电机绕组的电学特性。利用提出的SR电机系统半实物仿真器对基于内阻自适应调节的无位置传感器控制方法进行了研究。SR电机绕组内阻受温度影响,在电机运行中可以看作是一种非线性阻性元件。基于提出的第二种忆感器等效电路模型的设计思路,在传统磁链测量电路中加入乘法器AD633,设计了一种具有内阻自适应调节功能的改进型磁链测量电路,并应用于SR电机无位置传感器控制。将SR电机系统半实物仿真器与设计的改进型磁链测量电路连接,完成了电路参数调试并验证了理论分析的正确性。最后将提出的无位置传感器控制方法应用于实际样机系统中,实验结果表明内阻误差会导致磁链测量误差,进而对估算位置产生不可忽略的影响,与未考虑内阻变化的传统位置估算方法相比,采用基于内阻自适应调节的无位置传感器控制方法进一步提高了位置估算精度。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM352

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1277975