直接转矩控制在开关磁阻电机驱动中的优化与拓展

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:xujin2003cn
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开关磁阻电机的输出转矩存在着固有脉动,因此对于输出转矩的观测与调节是开关磁阻调速系统关注的重点。将直接转矩控制方法应用到开关磁阻电机驱动中能极大地提高电机输出转矩的稳定性和转矩响应的快速性,并且算法通用性较好。本文针对传统直接转矩控制方法仍然存在的一些问题,提出了相应的优化算法,并且将直接转矩控制和其他新兴的控制方法、其他类型的功率变换器相结合,进一步提高直接转矩控制方法的适应性和综合性能。首先对传统方法进行优化。直接将应用于交流异步电机的直接转矩控制方法套用在开关磁阻电机,虽然能将转矩控制在允许误差范围内,但是会造成电机相负转矩的产生,从而导致相电流平均值较大,电机的转矩电流比较低。优化方法着力于取消开关磁阻电机的合成磁链控制,建立一套新的区间划分准则,并且建立新的电压矢量表与选择标准,使算法专注于电机的输出转矩控制。同时通过区间与电压矢量的配合,力图避免任意相负转矩的产生。建立Simulink+Simplorer+Maxwell的联合仿真模型,分别实现控制方法、功率变换器和电机本体的模拟,验证方法性能,并在一台12/8结构样机拖动平台上实现优化方法。仿真与实验结果表明,优化方法具有良好的转矩输出性能与较高的转矩电流比。其次将模型预测控制方法与直接转矩控制方法相结合,各取所长形成新方法驱动开关磁阻电机。直接转矩控制方法判断区间提供备选开关状态,预测模型建立完整的状态预测和被控量预测,代价函数则按转矩误差最小的标准进行预测结果评估,稳定转矩的实际输出。仿真与实验结果表明,此基于直接转矩控制的模型预测控制方法具有良好的转矩输出性能。最后,为了拓展开关磁阻电机的应用场合、降低开关磁阻调速系统的成本,在通用变换器上实现直接转矩控制驱动开关磁阻电机。因为全桥变换器的结构与开关磁阻电机的工作方式,需要划分特殊的区间并且重新设计相应的开关状态组合。各区间的长度设计既为了保证工作相的转矩出力,又为了避免串联导通相的负转矩产生。实验结果表明该方法既满足了转矩输出,又减小了转矩脉动,具有良好的效果。
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