【摘 要】
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电机是全电刹车系统中产生制动力矩的核心部件,其安全性、快速性和稳定性对于刹车系统的性能有着举足轻重的影响,开关磁阻电机(SRM)因其优秀的可靠性逐渐在航天航空领域中被应用。本文以用于全电刹车的SRM为研究对象,针对SRM本身双凸极结构所带来的转矩脉动和模型非线性问题,基于转矩分配函数(TSF)和滑模控制设计SRM控制策略。首先,为了高效并且贴近真实运行情况的对系统进行仿真,有效提升系统设计和测试验
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电机是全电刹车系统中产生制动力矩的核心部件,其安全性、快速性和稳定性对于刹车系统的性能有着举足轻重的影响,开关磁阻电机(SRM)因其优秀的可靠性逐渐在航天航空领域中被应用。本文以用于全电刹车的SRM为研究对象,针对SRM本身双凸极结构所带来的转矩脉动和模型非线性问题,基于转矩分配函数(TSF)和滑模控制设计SRM控制策略。首先,为了高效并且贴近真实运行情况的对系统进行仿真,有效提升系统设计和测试验证的效率,搭建基于Maxwell-Simplorer-Simulink的联合仿真平台,该平台能够利用各个仿真软件的优势实现对电机本体结构参数和控制策略的同时调整,为后续研究内容提供仿真工具上的支持。其次,为了改善SRM控制系统的转矩脉动和TSF的电流尖峰问题,提出一种在线补偿改进TSF。该策略针对SRM换相期间由电感非线性变化引起的转矩脉动问题,令补偿增益自适应于实时电感变化率,针对TSF存在的电流尖峰问题,预测在不同控制量作用下电机的下一周期电流和转矩,根据代价函数选择最优控制量。然后,为了克服SRM各变量相互耦合引起的难以建立数学模型的问题,采用不依赖精确数学模型的滑模控制策略来控制SRM系统。针对滑模控制的动态特性和稳态特性不能同时满足的问题,引入分数阶微积分概念,设计分数阶终端滑模控制器,并且从理论上给出分数阶SRM控制系统的稳定性和有限时间收敛特性证明。最后,为了验证所提内容的有效性,对常规TSF和在线补偿改进TSF进行仿真,结果表明在线补偿改进TSF改善了全电刹车SRM控制系统的转矩脉动和电流尖峰问题;将常规滑模和分数阶终端滑模控制的仿真结果进行对比,说明分数阶终端滑模控制器能够同时满足全电刹车对于SRM系统的动态特性和稳态特性的要求。通过进行功能样机实验,得到的实验结论与仿真结论相同,说明了所提策略的可行性和实用性。
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