發(fā)布時間：2018-04-30 03:14

  本文選題：無刷直流電機 + 直接轉矩控制�。� 參考：《河北工業(yè)大學》2014年博士論文

【摘要】：永磁無刷直流電機在生產實踐中具有廣泛的應用。但還有一些問題亟待解決和完善，如無位置傳感器控制，轉矩脈動抑制和容錯控制等；以上問題限制了無刷直流電機控制性能的進一步提高，阻礙了它在高精度、高可靠性要求場合的應用。因此，本文在總結和借鑒前人研究成果的基礎上，以提高三相無刷直流電機驅動系統(tǒng)的運行可靠性和降低轉矩脈動為目標，針對無刷直流電機驅動系統(tǒng)中逆變器的故障拓撲結構和控制策略開展了以下方面的研究： 首先，針對目前六開關逆變器無刷直流電機直接轉矩控制中存在的問題，以及無位置傳感器控制方法中轉子位置的檢測方法進行了詳細的分析。根據(jù)以上分析，提出了一種基于單神經元自適應PID的無刷直流電機無位置傳感器直接轉矩控制。該方法通過采用一種基于單神經元自適應PID的方法，建立了兩相靜止坐標系下的反電勢和磁鏈觀測器，進而實現(xiàn)了無刷直流電機的直接轉矩控制。通過Lyapunov穩(wěn)定性分析方法實現(xiàn)了觀測器穩(wěn)定性的證明。并給出了神經元比例系數(shù)的在線調整方法，補償了由于定子電壓計算不準確而引起的磁鏈和轉矩的估計誤差。 其次，通過對目前六開關逆變器故障拓撲后的四開關逆變器無刷直流電機控制系統(tǒng)中存在的問題的分析，提出了一種新的、可行的四開關逆變器電壓空間矢量調制方法和最優(yōu)開關選擇表，提出了一種四開關逆變器無刷直流電機的磁鏈觀測方法，，進而實現(xiàn)了四開關逆變器無刷直流電機的無位置傳感器直接轉矩控制。該觀測器中不含有速度參數(shù)，速度的變化對控制系統(tǒng)的影響較小，尤其是在低速時運行效果良好；利用Lyapunov穩(wěn)定性分析方法證明了該觀測器的穩(wěn)定性。給出了一種新的定子電阻在線估計和直流母線電壓在線補償方法，以上方法可顯著削弱定子電阻變化和定子電壓計算不準確對系統(tǒng)控制效果產生的影響。 再次，由于四開關逆變器的電壓利用率僅為六開關逆變器電壓利用率的一半，若采用四開關逆變器直接驅動逆變器故障后的無刷直流電機將影響其正常的工作狀態(tài)，為了增加逆變器的輸出能力應提高直流鏈電壓以保證電機的工作狀態(tài)不變。為此，提出一種新型的Z源網絡拓撲結構為六開關逆變器故障拓撲后的四開關逆變器提供足夠高的直流鏈電壓。詳細分析了SL-Γ-Z源逆變器的運行特性，與傳統(tǒng)Z源逆變器和SL-Z源逆變器進行了對比分析，重點分析了電容電壓應力和電感電流應力；提出了一種SL-Γ-Z源并網逆變器的單周期控制方法，并進行了必要的穩(wěn)定性分析和提高。 最終，基于前面各章節(jié)的分析，為使六開關逆變器故障后不影響無刷直流電機的正常運行，提出了采用SL-Γ-Z源逆變器驅動無刷直流電機的拓撲結構和控制方法。研究了四開關SL-Γ-Z源逆變器的電壓空間矢量調制方法；給出了系統(tǒng)的拓撲結構和抑制Z源網絡中電感電流斷續(xù)引起問題的電路結構；給出了一種四開關SL-Γ-Z源逆變器驅動無刷直流電機的轉矩控制方法。
[Abstract]:Permanent magnet brushless DC motor is widely used in production practice, but there are still some problems to be solved and perfected, such as non position sensor control, torque ripple suppression and fault-tolerant control. The above problems restrict the further improvement of the control performance of the brushless DC motor and obstruct it in high precision and high reliability requirements. Therefore, on the basis of summarizing and drawing on the achievements of previous research, this paper aims at improving the operation reliability of the three-phase brushless DC motor drive system and reducing the torque ripple, and studies the following aspects of the fault topology and control strategy of the inverter in the brushless DC motor drive system.
Firstly, the problems existing in the direct torque control of the brushless DC motor of the six switching inverter and the detection method of the rotor position in the sensorless control method are analyzed in detail. Based on the above analysis, a kind of direct torque of the sensorless DC motor based on single neuron adaptive PID is proposed. Control. By using a single neuron adaptive PID method, the back EMF and flux observer in the two phase stationary coordinate system are established, and the direct torque control of the brushless DC motor is realized. The stability of the observer is proved by the Lyapunov stability analysis method, and the ratio coefficient of the neuron is given. The online adjustment method compensated the estimation error of flux linkage and torque caused by inaccurate calculation of stator voltage.
Secondly, by analyzing the problems existing in the brushless DC motor control system of the four switched inverter after the six switched inverter topology, a new and feasible voltage space vector modulation method and the optimal switch selection table for the four switching inverter are proposed, and a magnetic chain of the brushless DC motor with four switching inverters is proposed. In this observer, the sensorless direct torque control of a brushless DC motor of four switching inverter is realized. The observer does not contain speed parameters, and the change of speed has little influence on the control system, especially at low speed. The stability of the observer is proved by the Lyapunov stability analysis method. A new method of on-line estimation of stator resistance and on-line compensation for DC bus voltage is presented. The above method can greatly weaken the influence of stator resistance change and inaccurate calculation of stator voltage on the control effect of the system.
Thirdly, because the voltage utilization rate of the four switching inverter is only half of the voltage utilization rate of the six switch inverter, the brushless DC motor which uses the four switching inverter to directly drive the inverter will affect its normal working state. In order to increase the output capacity of the inverter, the DC chain voltage should be increased to ensure the working condition of the motor. For this reason, a new type of Z source network topology is proposed to provide high DC link voltage for the four switch inverter after the six switch inverter topology. The operation characteristics of the SL- gamma -Z source inverter are analyzed in detail, and the comparison analysis is made with the traditional Z source inverter and the SL-Z source inverter, and the capacitor voltage stress is emphatically analyzed. And the inductor current stress, a single cycle control method of SL- gamma -Z source grid connected inverter is proposed, and the necessary stability analysis and improvement are carried out.
Finally, based on the analysis of the previous chapters, in order to make the six switching inverter fail to affect the normal operation of the brushless DC motor, the topology and control method of using the SL- gamma -Z source inverter to drive the brushless DC motor is proposed. The voltage space vector modulation method of the four switch SL- gamma -Z source inverter is studied. The circuit structure of the problem is caused by the discontinuation of the inductance current in the Z source network, and a torque control method for the brushless DC motor driven by the four switch SL- gamma -Z source inverter is given.

【學位授予單位】：河北工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM464

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本文編號：1822820