【摘 要】
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近年来,为解决环境资源匮乏、全球变暖等问题,各种电机驱动系统被逐渐应用在不同的工业场合,如电动汽车、风力发电、石油钻井等,开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)凭借着其简单坚固的物理结构,极强适应性等优点使其成为电控领域中的佼佼者。但是SRM具有双凸极结构、脉冲供电方式、磁路高饱和非线性等特点,因此应用传统交直流电机控制方法会导致SRM转矩输出不平稳、转矩脉动大
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近年来,为解决环境资源匮乏、全球变暖等问题,各种电机驱动系统被逐渐应用在不同的工业场合,如电动汽车、风力发电、石油钻井等,开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)凭借着其简单坚固的物理结构,极强适应性等优点使其成为电控领域中的佼佼者。但是SRM具有双凸极结构、脉冲供电方式、磁路高饱和非线性等特点,因此应用传统交直流电机控制方法会导致SRM转矩输出不平稳、转矩脉动大等问题,从而限制了SRM的应用与发展。无差拍控制是传统交直流电机预测控制方式的一种,常作为控制方法驱动电机获得平稳转矩。但由于SRM磁路高度非线性、且经常工作在磁链非线性区域,所以传统无差拍控制方法无法满足SRM精确控制的要求,会因线性模型不准而造成控制误差。由此本文提出两种无差拍控制方法:非线性电流无差拍控制、非线性转矩磁链无差拍控制。非线性无差拍控制的提出依赖于SRM的非线性模型,对“堵转实验”的磁链数据分析得出分段非线性磁链建模方法,同时结合傅立叶电感表达式,推导出分段非线性转矩模型,并对所提模型进行误差分析。通过分析SRM虚拟“转子磁场”和旋转坐标系,基于非线性磁链模型建立非线性电流无差拍模块,使得期望电流易于计算。在电压矢量施加方面,对重新定义的电压矢量进行了讨论,用于减少零电压矢量插入过程中的开关状态。所提算法可以改善滞环控制所存在的容差问题,同时具有更好的转矩输出效果。另外,为实现SRM转矩和磁链的精确控制,提出非线性转矩磁链无差拍控制(Nonlinear Deadbeat Direct Torque Flux Control,N-DB-DTFC)算法。转矩控制部分基于电感傅里叶级数推导转矩表达式,根据无差拍理论推导转矩无差拍控制率;在磁链控制方面,为简化系统计算量,采用定子磁链定向实现磁链控制。此外,电压控制部分采用脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)技术合成电压矢量,对电机进行驱动。从理论角度对N-DB-DTFC与DB-DTFC进行分析,N-DB-DTFC在电机模型、PWM模块等控制部分计算更加精确,同时N-DB-DTFC更加贴合SRM的非线性特性和工作状态。为验证N-DB-DTFC算法的正确性和可行性,将N-DB-DTFC与其它无差拍算法相对比,仿真与实验结果证明N-DB-DTFC在减小转矩脉动、提高转矩电流比等方面表现更为突出,同时所提算法也表现出良好的动态响应能力。
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