本文關(guān)鍵詞：山地車永磁電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)若干問題研究

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【摘要】：在綠色生活的今天,兼顧健身與休閑的電動助力山地車越來越受到消費者青睞。本文以助力山地車為對象,運用場路聯(lián)合分析方法主要研究永磁電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的兩個問題:(1)基于Hall位置信號的永磁電機(jī)復(fù)合驅(qū)動控制、(2)全速度范圍位置傳感器故障容錯控制。本文首先利用有限元分析的方法對山地車用永磁電機(jī)幾個關(guān)鍵參數(shù)及特性進(jìn)行仿真計算。為了更深入地研究磁飽和效應(yīng)、弱磁性能、鐵芯損耗等非線性特性,提出一種基于降階有限元模型的電機(jī)磁場建模方案,利用Simplorer將電機(jī)模型和Simulink控制算法聯(lián)合起來進(jìn)行仿真分析。其次,研究了基于Hall位置傳感器的永磁電機(jī)方波/正弦波復(fù)合驅(qū)動,在需要較大轉(zhuǎn)矩輸出能力的低速區(qū)進(jìn)行方波驅(qū)動,而在振動、噪聲要求更高的高速區(qū)采用基于矢量控制方法的正弦波驅(qū)動。為此,討論了基于Hall信號的轉(zhuǎn)子位置估算與位置校準(zhǔn)問題;為了提高模式切換過程的魯棒性,對電流指令進(jìn)行模糊增益補(bǔ)償,以抑制系統(tǒng)模式切換過程中的轉(zhuǎn)速波動。再次,為保證位置信號故障后的運行安全,研究了山地車永磁電機(jī)全速度范圍位置信號故障容錯問題。當(dāng)部分Hall信號故障時,按非故障信號來估算轉(zhuǎn)子位置,若Hall信號完全丟失,則切換到無位置控制。針對不同轉(zhuǎn)速區(qū)間,在低速區(qū)采用高頻電壓注入法,高速區(qū)采用擴(kuò)展反電動勢法,在過渡區(qū)將兩種方法得到的偏差信號經(jīng)過歸一化、加權(quán)處理得到轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子位置信息。重點討論了永磁電機(jī)高頻參數(shù)特性及不同注入條件對位置辨識以及磁極辨別的影響。最后,為驗證所提出山地車電機(jī)控制算法的正確性,制作了電機(jī)樣機(jī);針對所需功能設(shè)計并制作了山地車控制器硬件;根據(jù)多模式復(fù)合驅(qū)動以及位置信號故障容錯控制算法,進(jìn)行相關(guān)驅(qū)動軟件編寫,構(gòu)建了驅(qū)動系統(tǒng)實驗平臺,并在此平臺上進(jìn)行了全面深入的系統(tǒng)實驗分析研究。實驗表明,(1)所研究的永磁電機(jī)復(fù)合驅(qū)動系統(tǒng)在低速區(qū)進(jìn)行方波驅(qū)動,轉(zhuǎn)矩輸出能力強(qiáng),高速區(qū)進(jìn)行正弦波驅(qū)動,噪聲更低,模式切換過程平緩;(2)所提出的位置辨識算法能夠準(zhǔn)確的觀測出山地車電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置,且聯(lián)合仿真結(jié)果與實驗結(jié)果基本吻合,驗證了聯(lián)合仿真方法的正確性和有效性。
【關(guān)鍵詞】：電動助力山地車 永磁電機(jī) 參數(shù)特性 復(fù)合驅(qū)動 位置信號故障容錯
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U484;TM351
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 1.緒論11-18
• 1.1 山地車永磁電機(jī)及其驅(qū)動控制研究背景11-12
• 1.2 與本課題相關(guān)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀文獻(xiàn)綜述12-16
• 1.2.1 電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)仿真方法研究文獻(xiàn)綜述12-13
• 1.2.2 永磁電機(jī)多模式復(fù)合驅(qū)動研究文獻(xiàn)綜述13-14
• 1.2.3 位置信號故障容錯控制研究文獻(xiàn)綜述14-16
• 1.3 本文課題來源及研究內(nèi)容與方法16-18
• 2.山地車電機(jī)參數(shù)及其場路聯(lián)合仿真平臺研究18-34
• 2.1 山地車用永磁電機(jī)介紹18-19
• 2.2 基于靜態(tài)場有限元分析的山地車電機(jī)參數(shù)計算19-22
• 2.2.1 基波磁鏈計算19-20
• 2.2.2 電感參數(shù)計算20-22
• 2.3 基于瞬態(tài)場有限元分析的山地車電機(jī)參數(shù)計算22-24
• 2.3.1 基波磁鏈計算22-23
• 2.3.2 電感參數(shù)計算23-24
• 2.4 基于有限元分析的山地車特性分析24-25
• 2.4.1 轉(zhuǎn)矩特性分析24-25
• 2.4.2 最大轉(zhuǎn)矩角25
• 2.5 場路聯(lián)合仿真平臺25-32
• 2.5.1 場路耦合原理26-28
• 2.5.2 山地車驅(qū)動系統(tǒng)仿真平臺的建立28-31
• 2.5.3 山地車驅(qū)動系統(tǒng)控制策略仿真實現(xiàn)31-32
• 2.6 本章小結(jié)32-34
• 3.山地車永磁電機(jī)多模式復(fù)合驅(qū)動34-52
• 3.1 速度積分法原理34-35
• 3.2 估算位置信號誤差分析與校準(zhǔn)補(bǔ)償35-39
• 3.2.1 原理誤差分析及校準(zhǔn)補(bǔ)償35-37
• 3.2.2 機(jī)械安裝及Hall元件個體差異誤差分析及校準(zhǔn)37-39
• 3.3 零階泰勒展開與位置觀測器結(jié)合法39-44
• 3.3.1 觀測器原理介紹39-41
• 3.3.2 零階泰勒展開法與觀測器法結(jié)合41-44
• 3.4 非過渡區(qū)驅(qū)動策略44-45
• 3.4.1 低速區(qū)方波驅(qū)動44
• 3.4.2 高速區(qū)正弦波驅(qū)動44-45
• 3.5 過渡區(qū)控制策略45-47
• 3.5.1 切換原理45-46
• 3.5.2 電流指令模糊補(bǔ)償46-47
• 3.6 不同仿真平臺驗證47-50
• 3.6.1 低速區(qū)方波驅(qū)動仿真驗證47-48
• 3.6.2 方波/正弦波復(fù)合驅(qū)動仿真驗證48-50
• 3.7 本章小結(jié)50-52
• 4.考慮Hall傳感器故障容錯控制52-75
• 4.1 HALL位置檢測故障信號分析52-54
• 4.1.1 相鄰區(qū)間寬度比較檢測52-53
• 4.1.2 獨立Hall元件反饋信號占空比檢測53-54
• 4.2 部分HALL信號故障容錯控制54-56
• 4.2.1 一路Hall信號故障54-55
• 4.2.2 二路Hall信號故障55-56
• 4.3 高頻注入低速區(qū)位置信號丟失容錯控制56-65
• 4.3.1 脈振高頻電壓注入原理57-59
• 4.3.2 轉(zhuǎn)子位置信息提取算法59-61
• 4.3.3 注入電壓參數(shù)選取61-63
• 4.3.4 轉(zhuǎn)子初始位置辨識63-65
• 4.4 擴(kuò)展反電勢法山地車高速區(qū)位置信號丟失容錯控制65-67
• 4.4.1 基于擴(kuò)展反電勢轉(zhuǎn)子位置估算算法65-66
• 4.4.2 參數(shù)變化對估算結(jié)果的影響66-67
• 4.5 全速度范圍位置容錯控制策略67-68
• 4.6 不同仿真平臺驗證68-73
• 4.6.1 低速區(qū)高頻注入法位置信號故障容錯控制仿真68-71
• 4.6.2 高速區(qū)擴(kuò)展反電動勢法位置信號故障容錯控制仿真71-72
• 4.6.3 全速度范圍位置信號故障容錯控制仿真72-73
• 4.7 本章小結(jié)73-75
• 5.山地車驅(qū)動系統(tǒng)實驗研究75-94
• 5.1 山地車永磁電機(jī)實驗測試平臺75-80
• 5.1.1 山地車永磁電機(jī)樣機(jī)75-76
• 5.1.2 山地車永磁控制器硬件76-78
• 5.1.3 山地車永磁電機(jī)驅(qū)動軟件78-79
• 5.1.4 山地車驅(qū)動系統(tǒng)實驗平臺整體框架79-80
• 5.2 山地車永磁電機(jī)本體相關(guān)實驗80-83
• 5.2.1 磁鏈測量實驗80-81
• 5.2.2 電感參數(shù)測量實驗81-83
• 5.3 山地車永磁電機(jī)多模式復(fù)合驅(qū)動實驗83-88
• 5.3.1 低速方波驅(qū)動實驗83-84
• 5.3.2 基于Hall位置傳感器位置估算實驗84
• 5.3.3 正弦波驅(qū)動實驗84-85
• 5.3.4 二種驅(qū)動模式對比實驗85-86
• 5.3.5 復(fù)合驅(qū)動模式切換實驗86-88
• 5.4 山地車永磁電機(jī)HALL傳感器故障容錯控制實驗88-93
• 5.4.1 一、二相霍爾故障容錯控制實驗88
• 5.4.2 山地車電機(jī)初始位置檢測實驗88-89
• 5.4.3 低速區(qū)高頻注入實驗89-91
• 5.4.4 高速區(qū)擴(kuò)展反電動勢實驗91-92
• 5.4.5 過渡區(qū)切換實驗92-93
• 5.5 本章小結(jié)93-94
• 6.總結(jié)與展望94-96
• 6.1 全文總結(jié)94
• 6.2 課題展望94-96
• 參考文獻(xiàn)96-101
• 致謝101-102
• 附錄Ⅰ 攻讀碩士學(xué)位期間研究成果102-103
• 附錄Ⅱ 公開發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與學(xué)位論文對應(yīng)關(guān)系103

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本文編號：677374