開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)(SRD)是繼變頻調(diào)速系統(tǒng)、無換向器電機調(diào)速系統(tǒng)之后發(fā)展的新一代調(diào)速系統(tǒng),其主要由開關(guān)磁阻電機(SRM)、功率變換器、控制器和檢測裝置四部分組成。其中開關(guān)磁阻電機具有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、調(diào)速范圍寬、可靠性高、控制變量多、高效率等優(yōu)點。其產(chǎn)品在電動車驅(qū)動、家用電器、航空工業(yè)、伺服系統(tǒng)等各領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。但是由于開關(guān)磁阻電機雙凸極結(jié)構(gòu)及磁路飽和非線性的原因所帶來的轉(zhuǎn)矩脈動嚴重等問題,導(dǎo)致開關(guān)磁阻電機的應(yīng)用推廣一直受到制約。本文設(shè)計了基于自抗擾迭代學(xué)習控制的電流控制器和轉(zhuǎn)矩控制器。自抗擾迭代學(xué)習控制比傳統(tǒng)的迭代學(xué)習控制具有更快的收斂性,且控制過程不需要被控系統(tǒng)精確的模型和參數(shù)的先驗知識,用于開關(guān)磁阻電機的控制具有明顯的優(yōu)勢。本文以STM32微控芯片作為核心控制器,搭建了基于自抗擾迭代學(xué)習的開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng),對其轉(zhuǎn)矩脈動抑制和電流跟蹤進行了仿真分析和實驗研究。本文先介紹開關(guān)磁阻電機的發(fā)展狀況,并分析其優(yōu)缺點。對電機的結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)模型及工作原理進行研究與分析,總結(jié)非線性電機模型的兩類計算方法,并分析開關(guān)磁阻電機常用的三種控制策略。其次,對迭代學(xué)習控制的原理和結(jié)構(gòu)進行分析,在時域的擴張狀態(tài)觀測器(ESO)的基礎(chǔ)上,引入迭代域的線性迭代擴張狀態(tài)觀測器(LIESO)的概念,并研究了本文的核心控制算法——自抗擾迭代學(xué)習控制。然后,通過MATLAB的Simulink搭建仿真平臺,分別從電流控制和轉(zhuǎn)矩控制對基于自抗擾迭代學(xué)習控制的SRD進行了仿真研究�；谵D(zhuǎn)矩分配的策略,設(shè)計了基于自抗擾迭代學(xué)習的電流控制器與轉(zhuǎn)矩控制器。并通過多組仿真對比,驗證其在SRD控制中的優(yōu)越性。仿真結(jié)果表明,電流控制器采用自抗擾迭代學(xué)習控制算法,電流跟蹤精度比采用電流斬波控制(精度為0.1A)高90%,電流跟蹤速度比采用自抗擾控制(ADRC)快�；诒疚牡目刂撇呗�,采用自抗擾迭代學(xué)習控制的非線性轉(zhuǎn)矩補償器,相較于采用ADRC,矩脈動系數(shù)降低61%;相較于采用傳統(tǒng)迭代學(xué)習控制(ILC)需要二十多個周期收斂,其收斂速度更快。說明基于自抗擾迭代學(xué)習的轉(zhuǎn)矩控制策略能有效抑制SRM的轉(zhuǎn)矩脈動。最后,設(shè)計了一個開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)的實驗平臺,被控對象為實驗室現(xiàn)有的375W的8/6四相的開關(guān)磁阻電機,以STM32微控芯片作為控制器。通過LabVIEW設(shè)計上位機界面實現(xiàn)人機交互功能。本文設(shè)計了系統(tǒng)的各部分硬件電路并詳細說明,以流程圖的形式分析電機實際工作時軟件的控制流程,通過設(shè)計LabVIEW程序框圖實現(xiàn)電機監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集。且在實際系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,使用示波器測量位置信號、控制信號及相電流波形并對其進行分析,并通過LabVIEW界面展示了上位機與下位機交互的功能。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM352
【部分圖文】：

圖 1-1 開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu) SRM 是系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換部分，通過它實現(xiàn)將電能轉(zhuǎn)換為機械能干個起開關(guān)作用的功率元器件，它們的通斷決定著向電機的哪測裝置能檢測轉(zhuǎn)子當前的位置，電流檢測電路能測得相電流�？�，它控制著 SRM 的導(dǎo)通相序，確保電機正常運行。統(tǒng)的工作過程是：控制器得到上位機的給定指令（如：啟動、給）后，通過位置檢測裝置得到電機轉(zhuǎn)子當前位置，控制器得到位根據(jù)先驗知識得知此時該導(dǎo)通繞組相，然后控制器再通過控制算實際速度、實際電流）計算輸出一個占空比。最后控制器輸出設(shè)控制信號控制功率變換器，開通相應(yīng)位置的功率器件，電源電流RM 定子指定的某一相，由于遵循“磁阻最小原則”，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動電機運轉(zhuǎn)最終將順時針轉(zhuǎn)動達到 800r/min 的速度。磁阻電機的性能特點

圖 2-1 四相（8/6）開關(guān)磁阻電機結(jié)構(gòu)（圖中僅畫出 D 相繞組及其主電路）圖 2-2 四相（8/6）開關(guān)磁阻電機定、轉(zhuǎn)子實際結(jié)構(gòu)圖臺定子極數(shù)為N 、轉(zhuǎn)子極數(shù)為N 的 m 相開關(guān)磁阻電機，若相繞

8圖 2-2 四相（8/6）開關(guān)磁阻電機定、轉(zhuǎn)子實際結(jié)構(gòu)圖子極數(shù)為sN 、轉(zhuǎn)子極數(shù)為rN 的 m 相開關(guān)磁阻電機，若轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度為r360/Nr ，所以步距角stepθ為：（）。rmNstep/360/mr 的轉(zhuǎn)速為 n(r/min)，則相電流脈沖的頻率 f 為6036060rrnNτn/f

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本文編號：2828441