【摘 要】
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绕组切换型永磁同步电机由于可实现高转矩输出、宽速域、宽高效区运行等优势可广泛应用于车辆电传动领域。同时,绕组切换型电机也有其特殊问题,既要考虑切换前后电机参数变化对车辆运行造成的不利影响,又要考虑适合的绕组切换策略,以解决切换时出现的转矩、转速波动等问题。因此,本文将对绕组切换型永磁同步电机多工况运行下的控制策略进行研究,使应用绕组切换型永磁同步电机的车辆在全速域范围内具有良好的运行性能。本文主要
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绕组切换型永磁同步电机由于可实现高转矩输出、宽速域、宽高效区运行等优势可广泛应用于车辆电传动领域。同时,绕组切换型电机也有其特殊问题,既要考虑切换前后电机参数变化对车辆运行造成的不利影响,又要考虑适合的绕组切换策略,以解决切换时出现的转矩、转速波动等问题。因此,本文将对绕组切换型永磁同步电机多工况运行下的控制策略进行研究,使应用绕组切换型永磁同步电机的车辆在全速域范围内具有良好的运行性能。本文主要内容有以下几个方面:首先,结合绕组切换型永磁同步电机的结构特点建立了数学模型,分析了绕组切换前后电压、电流及参数变化关系。针对绕组切换前后参数变化的特点,提出了基于PI控制器的参数设计方法,进而满足不同绕组状态下电机的性能要求。为提高系统的抗参数扰动能力,设计了一种基于滑模变结构的复合控制器,通过设计基于滑模的扩展扰动观测器和基于滑模的速度控制器,实现了电机参数变化时良好的控制性能。仿真实验表明所提策略能有效应对电机参数变化带来的不利影响。其次,针对绕组切换型电机绕组切换时产生电压、电流冲击的问题,对底层绕组不同切换方式的切换过程进行建模分析,提出了依据相电流状态进行切换的方法,以降低电压、电流冲击。针对绕组切换时产生转矩、转速波动的问题,分析了转矩、转速波动产生的根源,提出了一种基于前馈补偿的抗扰动观测抑制策略,有效降低了转矩、转速波动。依据波动产生的根本原因,设计了一种基于绕组状态切换的波动抑制策略,通过仿真验证了该策略的正确性。为实现电机运行状态的自动切换,分析了绕组切换型电机最优切换域的选取原则,首先对绕组切换型电机的运行区域进行粗略划分,确定绕组串联和并联状态下各自的运行范围,然后,以效率最优为目标,获得该绕组切换型电机的最优切换域。并依据最优切换域设计了基于转速判断的绕组切换逻辑,实现了电机运行中自动切换,最后通过仿真验证了该切换逻辑的有效性。最后,搭建了绕组切换型电机的实验平台,分别对基于PI控制器和基于滑模的复合控制器的电机控制性能进行了验证。然后,对所提出的转速波动抑制策略和绕组切换判断逻辑进行了实验验证,证明了所提策略的有效性。
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