本文關(guān)鍵詞：開關(guān)磁阻電機(jī)建模及其控制研究

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【摘要】：開關(guān)磁阻電機(jī)(Switched Reluctant Motor, SRM)作為一種新型的調(diào)速系統(tǒng),憑借其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高等諸多優(yōu)點(diǎn)吸引了廣大學(xué)者的注意力,具有很高的市場(chǎng)應(yīng)用潛力和研究?jī)r(jià)值。但是由于SRM自身的雙凸極結(jié)構(gòu)和開關(guān)式供電電源特性,使得電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大,成為限制其發(fā)展的主要原因。本課題開展了SRM建模及其控制的研究工作,為SRM的發(fā)展和完善提供了一些基礎(chǔ)性研究。 首先,就SRM的數(shù)學(xué)模型做了系統(tǒng)地研究工作,SRM分為有軸承和無軸承兩類電機(jī)結(jié)構(gòu)模型。有軸承SRM的運(yùn)行理論與其它電磁式電機(jī)在本質(zhì)上沒有區(qū)別,其數(shù)學(xué)模型主要由電路方程、機(jī)械方程和轉(zhuǎn)矩方程三部分組成。而無軸承SRM懸浮繞組的分析研究關(guān)鍵在于徑向懸浮力解析模型的建立,徑向力解析模型的正確性對(duì)無軸承SRM穩(wěn)定懸浮工作起決定性作用。雙繞組無軸承SRM是最為典型的電機(jī)結(jié)構(gòu),但是這種電機(jī)的旋轉(zhuǎn)繞組和懸浮繞組之間存在著非常復(fù)雜電磁耦合關(guān)系,增加了電機(jī)控制復(fù)雜程度。針對(duì)兩套繞組間復(fù)雜的電磁耦合關(guān)系,相繼開展了單繞組和雙定子兩種新型結(jié)構(gòu)的無軸承SRM研究工作。但是,目前有關(guān)兩種電機(jī)的徑向力模型研究都沒有充分考慮轉(zhuǎn)子偏移量對(duì)徑向力的影響�；趦煞N電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),本文提出了在考慮轉(zhuǎn)子偏心影響時(shí)兩種電機(jī)的徑向力解析模型,為后續(xù)的控制研究工作提供了理論依據(jù)。 然后,利用JMAG-Designer仿真軟件建立了三相12/8極SRM的有限元模型,分析了SRM的電磁特性。同時(shí),針對(duì)繞組間不同的繞線方式,對(duì)比分析了傳統(tǒng)SRM與雙通道SRM的工作特性。相比于傳統(tǒng)的SRM,雙繞組SRM雖然可靠性高、控制靈活,但是其控制電路成本高繞線更為復(fù)雜。 隨后,基于有限元分析軟件和MATLAB/SMULINK,開展了SRM的控制研究,主要包括：電機(jī)模型建立和控制策略研究。關(guān)于電機(jī)模型建立,本文介紹了兩種SRM建模方法。一種基于查表法,建立SRM的非線性電感模型；另一種基于JMAG-SIMULINK建立了場(chǎng)路聯(lián)合仿真模型。相比較而言,第二種方法更為簡(jiǎn)單直觀且準(zhǔn)確度高。然后,詳細(xì)的介紹了幾種比較常見的控制方案：電流斬波控制、位置角度控制、直接轉(zhuǎn)矩控制和轉(zhuǎn)矩分配控制。 最后,為了驗(yàn)證以上研究成果,基于DSP控制芯片搭建了SRM試驗(yàn)控制平臺(tái),完成了軟、硬件設(shè)計(jì)以及硬件電路調(diào)試工作,實(shí)現(xiàn)了樣機(jī)的空載運(yùn)行。通過與仿真波形的對(duì)比分析,驗(yàn)證了電機(jī)仿真模型以及控制策略的正確性和合理性。
【關(guān)鍵詞】：開關(guān)磁阻電機(jī) 數(shù)學(xué)模型 徑向力 有限元分析 控制算法 控制平臺(tái)設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM352
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 1 引言13-23
• 1.1 開關(guān)磁阻電機(jī)的發(fā)展概況以及研究方向13-15
• 1.1.1 開關(guān)磁阻電機(jī)的發(fā)展概況13-14
• 1.1.2 開關(guān)磁阻電機(jī)的研究方向14-15
• 1.2 開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及性能優(yōu)化15-20
• 1.2.1 開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)15-18
• 1.2.2 開關(guān)磁阻電機(jī)的性能優(yōu)化18-20
• 1.3 本文的選題意義及主要內(nèi)容20-23
• 2 開關(guān)磁阻電機(jī)數(shù)學(xué)模型研究23-39
• 2.1 有軸承開關(guān)磁阻電機(jī)數(shù)學(xué)模型研究23-27
• 2.1.1 有軸承開關(guān)磁阻電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)23-25
• 2.1.2 有軸承開關(guān)磁阻電機(jī)數(shù)學(xué)模型25-27
• 2.2 無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)數(shù)學(xué)模型研究27-38
• 2.2.1 繞組無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)數(shù)學(xué)模型27-28
• 2.2.2 單繞組無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)徑向力解析模型28-32
• 2.2.3 定子無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)徑向力解析模型32-38
• 2.3 本章小結(jié)38-39
• 3 開關(guān)磁阻電機(jī)的電磁特性分析39-55
• 3.1 SRM電磁特性分析的常用方法39
• 3.2 SRM有限元模型的建立39-42
• 3.3 SRM磁場(chǎng)分析42-45
• 3.3.1 單相勵(lì)磁時(shí)的磁場(chǎng)分布42-44
• 3.3.2 單相勵(lì)磁時(shí)的矩角特性44-45
• 3.4 繞組間不同連接方式對(duì)比分析45-53
• 3.4.1 通道SRM結(jié)構(gòu)45-47
• 3.4.2 自感及互感計(jì)算分析47-49
• 3.4.3 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)分析49-52
• 3.4.4 可靠性分析52-53
• 3.5 本章小結(jié)53-55
• 4 開關(guān)磁阻電機(jī)建模與控制研究55-71
• 4.1 SRM非線性模型的建立55-58
• 4.1.1 基于查表法建SRM的非線性電感模型55-56
• 4.1.2 基于JMAG-SIMULINK的聯(lián)合仿真建模法56-58
• 4.2 SRM控制方法研究58-64
• 4.2.1 電流斬波控制58-59
• 4.2.2 角度位置控制59
• 4.2.3 直接轉(zhuǎn)矩控制59-62
• 4.2.4 轉(zhuǎn)矩分配控制62-64
• 4.3 仿真結(jié)果分析64-70
• 4.3.1 CCC仿真結(jié)果64-65
• 4.3.2 DTC仿真結(jié)果65-68
• 4.3.3 基于TSF的仿真結(jié)果68-70
• 4.4 本章小結(jié)70-71
• 5 開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)地試驗(yàn)研究71-87
• 5.1 硬件電路設(shè)計(jì)71-78
• 5.1.1 功率變換電路以及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)72-74
• 5.1.2 電源電路設(shè)計(jì)74-75
• 5.1.3 位置檢測(cè)電路75-77
• 5.1.4 電流檢測(cè)電路77-78
• 5.1.5 過流保護(hù)電路78
• 5.2 軟件控制平臺(tái)設(shè)計(jì)78-82
• 5.2.1 主程序設(shè)計(jì)78-79
• 5.2.2 子程序設(shè)計(jì)79-82
• 5.3 試驗(yàn)結(jié)果82-85
• 5.4 本章小結(jié)85-87
• 6 結(jié)論87-89
• 6.1 工作內(nèi)容總結(jié)87-88
• 6.2 工作展望88-89
• 參考文獻(xiàn)89-93
• 作者簡(jiǎn)歷及攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果93-97
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集9

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：682530