六相磁通切换型永磁电机控制策略与驱动系统研究

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与传统三相电机驱动系统相比,多相电机驱动系统具有转矩脉动小、可靠性高和更适合于大功率传动系统等优点,因而广泛地应用于大功率、可靠性要求高的航空航天、舰船和新能源汽车等场合。磁通切换型永磁电机(Flux-Switching Permanent Magnet电机,简称FSPM电机)是一种新型结构的定子永磁型无刷电机,不但具有效率高、功率密度大等传统转子永磁型电机的诸多优点,并且兼具转子结构简单、适合高速运行、冷却方便等优点,克服了传统转子永磁型电机的诸多缺点,具有很好的应用前景。本文选择一台双Y移30°型六相FSPM电机(以下简称双三相FSPM电机)作为研究对象,对整套驱动系统和控制策略进行详细研究,主要研究内容包括:1.介绍了双三相定子24槽/转子22极FSPM电机的结构及FSPM电机的工作原理,从有限元分析的静态特征出发,建立双三相FSPM电机定子坐标系下的数学模型,针对其高阶、非线性、强耦合的特点,推导出多相坐标变换矩阵,进而建立转子坐标系下的数学模型,实现了电机方程的降阶解耦,并在Matlab/Simulink仿真环境下依据数学模型搭建本体仿真模型。2.针对FSPM电机结构新颖的特点,根据实际加工经验,提出一套适合加工FSPM电机的加工工艺和工序,并完成本台双三相FSPM样机的加工制作,对样机的绝缘电阻、反电动势、电阻电感、摩擦系数及转动惯量等基本参数进行测定,并与仿真值比较,对样机加工水平进行评估。3.分析了适用于双三相FSPM电机驱动系统的控制策略,对不同的矢量调制算法进行推导计算,并完成相应仿真。对比控制效果和实现过程的复杂度筛选出最适合于双三相FSPM电机驱动系统的矢量调制算法。4.研究了双三相FSPM电机发生断路故障后的定子磁动势和电磁转矩,以气隙磁动势不变为基本原则,完成了一相和两相断路故障后补偿电流矢量的计算,并比较了中性线的有无对容错性能的影响,通过仿真验证了容错控制算法的正确性。5.根据所研究矢量控制策略和容错补偿策略的实际需求,搭建完成一套基于TMS320F28335型DSP芯片的硬件控制器,并给出每一个功能电路的设计要点和测试方法。6.根据矢量控制策略和容错补偿策略的计算结果,在CCS6.1.0环境下编写完成基于C语言的电机控制程序,实现了本文研究的全部控制算法。7.在软硬件系统的基础上,结合实验室现有设备,搭建实验平台,制定实验计划,并对实验结果进行详细分析,完成所有控制算法的实验验证,为双三相FSPM电机在新能源汽车驱动等新型驱动领域的应用推广奠定基础。
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