本文關鍵詞：基于改進型驅動策略的永磁無刷直流電機驅動技術研究

  更多相關文章： 永磁無刷直流電機 轉矩脈動 多路輸出DC-DC變換器 電壓切換型控制 雙環(huán)滯環(huán)調節(jié)器

【摘要】：永磁無刷直流電機具有功率密度大、轉矩/電流比大、控制簡單、效率高、結構簡單可靠等優(yōu)點,在工業(yè)和消費領域正在得到越來越廣泛的應用�，F(xiàn)有的無刷直流電機驅動系統(tǒng)電流和轉矩脈動較大、控制效果較差,從而影響了其在高性能傳動領域的應用,因此有必要對現(xiàn)有的驅動系統(tǒng)進行改進。傳統(tǒng)的永磁無刷直流電機驅動系統(tǒng)采用電壓型逆變器(VSI)供電。本文首先分析了采用逆變器PWM斬波驅動策略時,無刷直流電機的運行特性。在兩相持續(xù)導通區(qū)間,永磁無刷直流電機驅動系統(tǒng)通常采用PWM斬波方案進行調速。由于等效電感較小,且受制于功率管的開關頻率,定子電流在傳導區(qū)存在較大的高頻電流脈動。此脈動增加了轉子損耗、降低了電機工作效率、嚴重時還會增加永磁體退磁的風險。與此同時,在換向期間,關斷相和開通相電流變化率不相等會造成非換向相電流會產生跌落,從而形成換向轉矩脈動。換向轉矩脈動較大且為低頻脈動,會對系統(tǒng)的控制精度造成嚴重影響。本文通過分析指出,抑制傳導區(qū)高頻脈動和換向脈動的關鍵在于相電流變化率的控制,而相電流變化率決定于所施加的電壓空間矢量的幅值。從這個角度入手,本文指出,拓展電壓空間矢量的幅值是解決上述問題的關鍵。通過進一步分析指出,利用該思想不但可以有效抑制上述兩種脈動,還能夠獲得更快速的轉矩響應,可謂全面提升了驅動系統(tǒng)的性能。本文在該思想的基礎上提出了一種新型電壓切換型驅動策略(VSC)。其中包括,設計了一種升降壓型多路輸出DC-DC變換器(MOC)。該變換器能夠同時實現(xiàn)升壓和降壓,將其與VSI級聯(lián)作為新型的供電拓撲,前級MOC實現(xiàn)電壓切換,后級VSI實現(xiàn)自然換向。為了實現(xiàn)最優(yōu)電流控制,本文采用了一種內外雙環(huán)寬電流滯環(huán)調節(jié)器,并定制了最優(yōu)電壓選擇表,實現(xiàn)了最優(yōu)控制。采用本文所提出的VSC方案后,穩(wěn)態(tài)傳導區(qū)內,調節(jié)器將根據實時轉速自動選擇與線反電動勢值最為接近的兩個電壓值交替作用于VSI,以獲取相對最小的傳導區(qū)脈動;換向期間,驅動系統(tǒng)會自動選擇一個較高的電壓值作用逆變器母線,加快開通相電流上升率使之與關斷相電流變換率相匹配,從而消除換向脈動;本系統(tǒng)還具備一個額外的優(yōu)勢,階躍轉矩響應期間,調節(jié)器會自動選擇高壓矢量/零矢量來加快轉矩響應速度;除上述三點之外,本文所提出的新型驅動方案還能帶來另外一個顯著優(yōu)點,即可以利用前級MOC為控制器、散熱風扇、以及其他輔助設備供電,從而省去了額外的輔助電源,簡化了系統(tǒng)。綜上所述可以看出,本文所提出的VSC驅動方案可以從多方面改進驅動系統(tǒng)的性能。在理論分析的基礎上,本文在MATLAB/SIMULINK環(huán)境下搭建了驅動系統(tǒng)的仿真模型,對傳統(tǒng)及改進型驅動策略進行了仿真對比。然后搭建了實驗平臺,進行了實驗驗證。仿真和實驗都證明,本文所提出的改進型驅動策略能夠如前所述全面的提升驅動系統(tǒng)的性能。
【關鍵詞】：永磁無刷直流電機 轉矩脈動 多路輸出DC-DC變換器 電壓切換型控制 雙環(huán)滯環(huán)調節(jié)器
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM33
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 注釋表12-13
• 縮略詞13-14
• 第一章 緒論14-19
• 1.1 研究背景及意義14-15
• 1.2 研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 研究思路及內容17-19
• 第二章 無刷直流電機運行特性及改進型驅動策略分析19-29
• 2.1 無刷直流電機驅動系統(tǒng)概述19-22
• 2.2.1 數學模型19-21
• 2.2.2 基于VSI供電的電流閉環(huán)驅動策略21-22
• 2.2 電流/轉矩脈動根源分析22-25
• 2.2.1 傳導區(qū)高頻電流脈動22-23
• 2.2.2 換向脈動23-25
• 2.3 電壓空間矢量的幅值拓展及其作用25-28
• 2.3.1 基本思想及實現(xiàn)方法25-27
• 2.3.2 電流/轉矩脈動抑制原理及其他優(yōu)勢27-28
• 2.4 本章小結28-29
• 第三章 一種新型電壓切換型驅動策略29-44
• 3.1 引言29
• 3.2 新型電壓切換型驅動策略(VSC)29-36
• 3.2.1 基于前級升降壓型MOC的新型供電拓撲30-33
• 3.2.2 內外雙環(huán)寬電流滯環(huán)調節(jié)器33-35
• 3.2.3 最優(yōu)控制電壓選擇表35
• 3.2.4 驅動效果改善分析35-36
• 3.3 仿真分析36-43
• 3.3.1 升降壓型MOC仿真分析37-38
• 3.3.2 VSC驅動策略穩(wěn)態(tài)性能仿真分析38-42
• 3.3.3 VSC驅動策略動態(tài)性能仿真分析42-43
• 3.4 本章小結43-44
• 第四章 實驗平臺設計及實驗驗證44-57
• 4.1 實驗平臺搭建44-45
• 4.2 控制算法編寫45-52
• 4.2.1 MATLAB/Embedded Coder代碼生成技術45-50
• 4.2.2 控制算法編寫50-51
• 4.2.3 上位機編制51-52
• 4.3 實驗驗證52-56
• 4.3.1 升降壓型MOC阻性負載實驗52
• 4.3.2 VSC驅動策略穩(wěn)態(tài)性能實驗52-55
• 4.3.3 VSC驅動策略動態(tài)性能實驗55-56
• 4.4 本章小結56-57
• 第五章總結與展望57-61
• 5.1 畢業(yè)論文工作總結57-58
• 5.2 后續(xù)工作和展望58-61
• 5.2.1 新型供電拓撲的拓展應用58-59
• 5.2.2 優(yōu)化工作59-61
• 參考文獻61-65
• 致謝65-67
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表論文及專利情況67

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前5條

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本文編號：1130493