永磁同步电机多领域建模与驱动特性分析

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永磁同步电机具有结构简单、效率高、低速性能好等许多优点,作为驱动动力广泛应用于航空航天器、电动泵、电动汽车等工业产品中,永磁同步电机的驱动特性直接影响着这些产品的性能。随着计算机仿真技术的发展,仿真已成为永磁同步电机驱动系统重要的分析与设计手段之一,然而永磁同步电机驱动系统是涉及机、电、磁、控、热等多个学科的复杂系统,驱动系统性能受多方面因素的影响。现有的仿真平台难以实现多领域统一建模,在同一平台下对系统进行全面的仿真分析。针对上述问题,本文基于多领域统一建模仿真技术,对永磁同步电机驱动系统的多领域建模与仿真及其控制参数调节方法进行了研究,主要工作如下:详细分析了永磁同步电机数学模型及各种损耗的经验计算方法,以此为理论基础研究了永磁同步电机模块化非因果建模方法。本文基于Modelica多领域统一建模语言,以模型非因果表达,模型可重用性、可读性强为原则,建立了考虑损耗的永磁同步电机多领域系统模型。该模型具有参数化、标准化的特点,可重用性强,可直接适用于组成复杂多领域系统,为永磁同步电机驱动系统的多领域建模奠定了基础。研究了永磁同步电机驱动系统的多领域建模方法。首先分析了永磁同步电机的控制方法,确定驱动系统的控制策略为矢量控制。然后分析了基于矢量控制永磁同步电机驱动系统组成结构及工作原理,继而研究系统各领域组件模型的非因果表达及可重用机制,最后基于Modelica语言的组件连接机制,通过组件连接建立了基于矢量控制的永磁同步电机驱动系统模型,实现了同一平台上各领域系统模型的耦合。探索了永磁同步电机驱动系统控制参数的调节方法。针对工程上调节控制参数困难的问题,本文提出采用蒙特卡洛随机试验的方法调节控制系统的参数,该方法原理简单,实用有效,可并行调节多个控制参数。本文最后,以某型控制力矩陀螺为例,展现了永磁同步电机驱动系统多领域集成仿真的工程应用价值。采用多领域统一、面向对象的非因果建模方法,基于Modelica语言建立了该驱动系统的多领域耦合模型,并对该驱动系统特性进行全面仿真分析。采用蒙特随机试验法,通过编写Python脚本程序,实现了控制系统参数的自动调节,分析了不同转速下控制参数的变化规律,并基于此规律对PI控制器做了改进。
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