开关磁阻电机直接瞬时转矩控制策略的研究

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开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)的发展速度快,并在各个领域内都得到了良好的应用。开关磁阻电机具有结构简单、性能可靠等优点,成为了学者的研究热点。但是在电机实际工作时,经常会出现较大的转矩脉动、较高的噪音以及机械振动的现象。其中转矩脉动大是开关磁阻电机非常明显的缺陷之一。当电机工作在低速情况下时,转矩脉动现象十分显著。当前主要采取以下两种方式来解决电机转矩脉动较大的问题。第一,学者们通过改进电机的结构来减小转矩脉动;第二,采取有效的控制策略来改善电机的转矩脉动。因此,本文主要对控制策略在优化电机转矩脉动和提高系统运行性能方面进行研究。本文分析了开关磁阻电机的基本工作原理,阐述了 SRM的数学模型,并简述分析了线性模型下电磁转矩与电感、电流、位置的关系。由于电机的定子、转子都是由一种凸形铁芯组成的,这导致电机工作在换相期间时会产生较为明显的转矩脉动现象。因此,本文应用了直接瞬时转矩控制策略(DITC)的思想,然后对其基本原理进行了分析。此外,本文在DITC基本控制思想上,引入了一种PWM-DITC控制方法,此方法根据转矩误差的变化通过PWM调压算法,控制输出转矩。通过仿真分析,结果表明该方法可以改善电机的转矩脉动,对系统进行了一定的优化。整个控制系统为双闭环控制其中对于速度外环而言,通常采取PI控制器,但是其性能还有待提高。本文将模糊自适应分数阶PIa控制器引入到速外环,对系统的性能指标进行了一定的改善。本文应用MATLAB/Simulink仿真软件,搭建仿真模型和编写控制算法并且对仿真结果作做了相关的分析。在系统硬件电路方面,搭建了以TMS320F28335控制芯片为核心的硬件实验平台,对系统硬件的相关元件进行选型说明,其中包含有功率变换器电路的拓扑、驱动芯片、电流传感器的选型等。在调试好系统硬件电路的基础上,进行了软件的设计,其软件设计方面包括有主程序和各个中断服务子程序。在实验平台上完成了PWM控制实验并对实验结果作了相关说明,为后续工作开展奠定了一定的基础。
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