六相开关磁阻电机转矩脉动抑制及其调速控制研究

发布时间：2017-10-19 23:31

  本文关键词：六相开关磁阻电机转矩脉动抑制及其调速控制研究

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【摘要】：开关磁阻电机结构简单、成本较低,且能够在恶劣复杂环境中高效稳定的运行,因此近年来受到广泛关注和应用。随着新能源行业的兴起,电动汽车发展迅猛,其驱动电机的选择多种多样,其中SRM稳定性能高,调速性能好,能较好的满足目前电动汽车驱动电机的需要。然而传统的三相、四相、五相电机容错能力较弱,所以本文选择容错力强、转矩输出效率高的六相车用SRM作为研究对象。虽然SRM具备各种优势,但其较大的转矩脉动依然会影响它的实际应用效果,因此本文针对六相SRM转矩脉动较大的缺陷,研究并设计了六相SRM直接转矩控制策略来抑制其转矩脉动;同时在常规的SRM控制系统中,通常使用PI转速控制器,但是该转速控制器,调速精度差且鲁棒性较弱,会影响电机的控制效果,因此针对PI控制器调速性能差的缺陷,设计了自适应二阶滑模转速控制器,以提高电机转速的控制效果。最终构建六相12/10极SRM的仿真模型,通过仿真实验验证本文所设计控制策略的可行性与优越性,从而为六相12/10极SRM在电动汽车中更好的应用奠定理论基础。具体研究工作和成果如下:1.构建了六相12/10极SRM仿真模型:针对车用六相12/10极SRM,设计其Ansoft电机模型,并通过参数化分析的方法,对该电机磁链、转矩特性进行研究。利用所获取的磁链、转矩特性数据,在Matlab/Simulink中构建六相12/10极SRM模型,同时采用电流斩波控制策略,对所构建的仿真系统进行初步研究。结果表明,所构建的SRM仿真模型能够较好的反映12/10极SRM电机特性,且具备控制策略研究的灵活性。2.设计了六相12/10极SRM直接转矩控制(DTC)策略:本文根据DTC原理,确定并选择了12个电压空间矢量,给出了6/2合成磁链变化模块,并设计了相应的开关表。最终通过仿真验证该控制策略的效果,并与电流斩波控制(CCC)策略的仿真结果相比较,结果表明,本文所设计的六相SRM的DTC策略相对于传统CCC策略能够削弱约66.7%的转矩脉动,具有一定的优越性。3.设计了自适应二阶滑模控制器(A-2-SMC):本文针对传统滑模抖动的缺点,设计了A-2-SMC,该控制器可以通过高阶滑模的思想抑制滑模抖动的缺陷,同时通过参数自适应控制器解决了二阶滑模(2-SMC)参数选择的问题,避免了传统2-SMC参数选择依赖于扰动导数界值的缺点。通过理论证明,确定了该控制器的稳定性。4.提出了基于A-2-SMC开关磁阻电机直接转矩控制的复合控制方案:为了提高六相12/10极SRM的控制效果,将DTC与A-2-SMC相结合,通过仿真研究,结果表明,该复合控制方案能够抑制转矩脉动,以及实现电机转速的精确、鲁棒控制,同时通过与其他几种控制器的控制效果比较,体现了A-2-SMC优越的控制性能。5.根据基本的理论推导及仿真实验结果,本文进行了电机实验系统的初步设计,该设计主要分为硬件设计和软件设计两部分。硬件主要针对TMS320F2812的接口电路以及实验系统的保护电路进行设计,软件部分主要针对DTC控制子程序和A-2-SMC控制子程序结构,以及基于Labview上位机监控系统进行设计。
【关键词】：开关磁阻电机 六相12/10极 直接转矩控制 自适应二阶滑模 Labview上位机
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM352
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 开关磁阻电机国内外研究现状10-13
• 1.2 滑模控制器国内外研究现状13-15
• 1.3 课题研究背景与意义15-16
• 1.4 本文主要内容16-18
• 第二章 六相 12/10极开关磁阻电机建模研究18-28
• 2.1 六相 12/10极SRM的Ansoft-Maxwell建模分析18-21
• 2.1.1 六相 12/10极SRM的Maxwell-2D建模分析18-19
• 2.1.2 六相 12/10极SRM参数化分析19-21
• 2.2 六相 12/10极SRM的Matlab建模研究21-27
• 2.2.1 SRM的基本数学方程21-23
• 2.2.2 六相 12/10极SRM的Simulink建模及仿真研究23-27
• 2.3 本章总结27-28
• 第三章 六相开关磁阻电机直接转矩控制研究28-44
• 3.1 六相 12/10极SRM直接转矩控制理论研究28-34
• 3.1.1 SRM瞬时转矩的推导与分析28-29
• 3.1.2 磁链 6/2 变换分析29-30
• 3.1.3 六相SRM电压空间矢量确定与选择30-34
• 3.2 六相 12/10极SRM直接转矩控制系统Matlab/Simulink仿真构建34-39
• 3.2.1 六相SRM直接转矩控制总体框图35-36
• 3.2.2 直接转矩控制仿真系统中主要模块实现36-39
• 3.3 六相SRM直接转矩控制策略仿真结果与分析39-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 自适应二阶滑模开关磁阻电机直接转矩控制研究44-57
• 4.1 二阶滑模控制器设计44-49
• 4.1.1 二阶滑模的基本原理44-46
• 4.1.2 二阶滑模转速控制器设计46-49
• 4.2 自适应二阶滑模控制器设计49-51
• 4.3 基于自适应二阶滑模控制器SRM直接转矩控制仿真研究51-53
• 4.4 基于SRM直接转矩控制系统的几种转速控制器性能比较与分析53-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第五章 开关磁阻电机实验平台设计57-68
• 5.1 SRM控制系统硬件模块设计57-64
• 5.1.1 DSP TMS320F2812的接口电路设计58-59
• 5.1.2 功率变换电路设计59-60
• 5.1.3 电压、电流检测电路设计60-62
• 5.1.4 位置传感器设计及转速检测62-63
• 5.1.5 电压、电流保护电路设计63-64
• 5.2 SRM控制系统软件程序设计64-67
• 5.2.1 DSP的SRM主程序结构设计64-65
• 5.2.2 Labview的上位机控制系统实现65-67
• 5.3 本章小结67-68
• 第六章 总结与展望68-70
• 6.1 总结68-69
• 6.2 展望69-70
• 参考文献70-75
• 致谢75-76
• 硕士期间发表的论文76

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