基于自抗扰迭代学习的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制系统研究

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开关磁阻电机(SRM)是近年来传动领域的一个研究热点,其结构简单、坚固可靠、制作成本低,组成的开关磁阻电机调速系统(SRD)运行容错率高、控制灵活、调速范围广、能量转换效率高,在家电、纺织、工业传动、航天航空等领域得到广泛应用。但是SRM由于自身结构的原因,存在转矩脉动较大的问题,限制了其进一步发展。针对这一问题,本次研究设计基于自抗扰迭代学习的直接瞬时转矩控制算法用于抑制SRM的转矩脉动。自抗扰迭代学习控制(ADR-ILC)是一种新型迭代学习控制算法,该算法具有极快的收敛速度和强大的抗干扰性能,且控制过程不需要被控系统的精确模型和参数,非常契合SRM控制系统。传统的直接瞬时转矩控制(DITC)根据转矩误差对功率开关进行滞环控制,对误差信号的利用率较低,本文通过分析SRM转矩特性将ADR-ILC与DITC结合,使转矩控制器能够以很小的收敛误差快速跟踪期望转矩,从而降低转矩脉动。本文首先总结国内外学者在抑制SRM转矩脉动上的工作,研究其优劣势。其次,分析SRM的结构和工作原理,确认其非线性和绕组电流、转子位置、磁链等参数的强耦合问题,并通过分析SRM的磁链特性得到转矩、位置、电流等参数之间的关系,建立SRM的数学模型,总结SRM的常用控制方式。然后基于迭代学习控制算法,由时域的扩张状态观测器(ESO)推导出迭代域的迭代扩张状态观测器(IESO),分析得到ADR-ILC新型算法,进而结合DITC提出本文的核心控制算法——基于ADR-ILC的DITC。设计SRD对基于ADR-ILC的DITC算法进行仿真,仿真结果表明该算法在SRM启动、负载突变的情况下能有效抑制转矩脉动,在不同转速、负载下转矩脉动系数均限制在10%以下;在相同条件的对比实验中,与传统DITC 比较转矩脉动系数降低了 68.46%,与ILC比较收敛速度更快,基于ADR-ILC的DITC算法性能明显更优越。最后基于dSPACE搭建了开关磁阻电机驱动系统实验平台,对一台0.37kw的四相8/6极SRM进行相应测试,验证本文所提出控制算法的效果。通过本文的工作,基于ADR-ILC的DITC算法对SRM转矩脉动的抑制作用得到有力证明,该算法结构简单、抗扰性好,具有较高的实用价值。
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