电动车用定子双馈电双凸极电机及其驱动系统研究

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定子双馈电双凸极( SDFDS)电机是在双凸极永磁(DSPM)电机基础上发展起来的一种新型电机,由于磁场可调,可方便地实现弱磁运行扩大恒功率运行区;通过励磁电流与电枢电流的协调控制,可实现在线效率优化。因此,SDFDS电机满足电动车(EV)对驱动电机的驱动要求。在国家自然科学基金项目“电动车用新型双凸极电机驱动系统及其智能控制”(50377004)的资助下,本文从控制方法、转矩脉动分析、恒功率弱磁控制以及效率优化等方面对SDFDS电机展开了深入研究,探索了SDFDS电机设计和分析的一般方法,搭建了基于DSP的SDFDS电机数字化驱动控制系统的硬件平台,并在搭建的试验平台上综合评估了SDFDS电机调速性能。 论文主要研究成果包括以下几个方面: 1.简述了EV的研究背景以及驱动控制系统的最新发展,指出了DSPM电机驱动控制系统的不足,概括了国内SDFDS电机的研究现状,介绍了论文的主要内容。 2.分析了SDFDS电机的基本工作原理和结构特点,建立了SDFDS电机的数学模型。 3.给出了SDFDS电机初始尺寸的确定方法,推导了SDFDS电机的输出功率方程,并完成了三相12/8极SDFDS电机的有限元计算,计算了电机的电磁参数,为搭建SDFDS电机驱动系统的仿真模型奠定了基础。 4.基于具有自学习和自适应能力的单神经元,针对SDFDS电机的非线性、参数间强耦合性的特点,引入了单神经元自适应PID控制算法,介绍了该算法的理论基础以及参数选择的原则,并用实验验证了该方法的可行性。 5.SDFDS电机的特有结构使得电机转矩具有较大的脉动,为此,用傅里叶级数近似逼近SDFDS电机感应电势的基础上,使朋谐波消去法得到了抑制电机转矩脉动的理想电流波形,进行了仿真和实验研究。 6.从理论上推导了SDFDS电机输出转矩与相电流、励磁电流的关系,提出了通过三相电枢绕组电阻电压间接测量反电势实现恒功率弱磁控制的方法,并与双凸极电机提前角度的弱磁控制方法进行了比较,解决了SDFDS电机由于反电势不规则难以实现恒功率弱磁控制的难点。 7.建立了SDFDS电机的损耗模型,通过实测数据用最小二乘法辨识SDFDS电机损耗模型中的参数,提出了基于极端学习机的励磁电流和电枢电流的协调优化控制方法,实现了SDFDS电机驱动系统的在线效率优化,使电机在全转速范围内运行在高效区。 8.构建了基于DSP的SDFDS电机数字驱动控制系统,设计了软硬件结合、多层次保护电路,编制了控制系统软件程序,为SDFDS电机驱动控制系统的实验验证奠定了硬件和软件基础。
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