永磁式雙凸極電機新型驅(qū)動系統(tǒng)研究.pdf

1、永磁式雙凸極電機既有開關(guān)磁阻電機的結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高等優(yōu)點，又有永磁無刷電機高的功率重量比、損耗小等優(yōu)點，因此受到人們越來越多的關(guān)注。 本文主要致力于永磁式雙凸極電機新型驅(qū)動系統(tǒng)的研究。在電機本體有限元計算的基礎(chǔ)上，分析轉(zhuǎn)矩脈動的形成機理，研究電機開通關(guān)斷角與轉(zhuǎn)矩脈動的關(guān)系、轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)、速度調(diào)節(jié)器的魯棒性控制以及位置信號的故障診斷與容錯控制等。 針對6/4極永磁式雙凸極電機，采用ANSOFT公司的Maxwell軟件對電

2、機內(nèi)磁場進行分析計算，研究了電機的磁場分布、氣隙磁密、繞組電感、繞組磁鏈、磁阻轉(zhuǎn)矩和永磁轉(zhuǎn)矩等基本靜態(tài)特性。模擬了實際電流的換相過程，給出了電機帶載后的磁場分布和參數(shù)變化規(guī)律。還對6/4極電勵磁雙凸極電機和12/8極永磁式雙凸極電機進行空載有限元分析，說明了換相前后磁鏈變化率基本相同這一特征是永磁式雙凸極電機的共性。在有限元計算結(jié)果的基礎(chǔ)上，建立了基于MATLAB/SIMULINK的非線性電感和磁鏈的驅(qū)動系統(tǒng)仿真模型，為研究永磁式雙凸極

3、電機新型驅(qū)動系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。 研究永磁式雙凸極電機轉(zhuǎn)矩脈動的形成機理，從換相脈動和穩(wěn)態(tài)脈動角度出發(fā)，分析換相脈動的產(chǎn)生原因，給出了換相脈動是電機主要轉(zhuǎn)矩脈動的結(jié)論。為減小換相時三相同時導(dǎo)通或關(guān)斷引起的換相脈動，提出了新型開通關(guān)斷角控制策略，提高了換相期間輸出轉(zhuǎn)矩，減小了轉(zhuǎn)矩脈動。同時結(jié)合理論分析，研究了換向相電流比大小對轉(zhuǎn)矩脈動的影響，推導(dǎo)出換向相的最優(yōu)電流比，減小系統(tǒng)設(shè)計容量，并通過仿真和實驗驗證了理論分析的正確性。

4、通過對永磁式雙凸極電機磁阻轉(zhuǎn)矩和永磁轉(zhuǎn)矩的分析，得出永磁轉(zhuǎn)矩是電機的主要輸出轉(zhuǎn)矩，以及永磁轉(zhuǎn)矩脈動是電機主要脈動的依據(jù)。由于永磁式雙凸極電機的電流與轉(zhuǎn)矩之間呈較嚴(yán)重的非線性，為進一步減小轉(zhuǎn)矩脈動，以及適合車載驅(qū)動系統(tǒng)，提出了轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的控制策略，并構(gòu)造了轉(zhuǎn)矩觀測器。由于電機無中線，為得到轉(zhuǎn)矩觀測器所需的相電壓，推導(dǎo)了線電壓到相電壓的轉(zhuǎn)換公式，并設(shè)計了二階濾波器對線電壓進行濾波，同時利用過采樣和數(shù)字濾波的方法，提高了電壓的采樣精度，快速準(zhǔn)確

5、計算三相相電壓，進而實時計算電機轉(zhuǎn)矩。仿真和實驗表明，與電流控制相比，轉(zhuǎn)矩控制時轉(zhuǎn)矩脈動小，低速時轉(zhuǎn)速波動較小。 由于電動機長時間運行后磁飽和、繞組溫度變化等內(nèi)部參數(shù)改變，以及外部擾動對電機運行的影響，導(dǎo)致系統(tǒng)的控制精度降低和控制性能變壞。為減小參數(shù)變化對系統(tǒng)性能的影響，提高系統(tǒng)的抗干擾性能，對具有強魯棒性的滑模變結(jié)構(gòu)控制進行理論分析。建立了系統(tǒng)狀態(tài)方程，推導(dǎo)了滑?？刂戚敵隽颗c電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，根據(jù)等效控制理論，利用一階濾波器減小

6、滑?？刂贫墩瘛Ｒ肓饲梆伩刂?，首次在雙凸極電機上設(shè)計了基于新型比例滑?？刂频乃俣日{(diào)節(jié)器，減小了一階濾波器對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。根據(jù)控制系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)要求，給出了前饋控制增益和滑?？刂茀?shù)的調(diào)節(jié)方法。 為提高驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性，開展了永磁式雙凸極電機位置信號的故障診斷與容錯控制研究。分析了位置信號故障后電機電流與轉(zhuǎn)矩的變化規(guī)律、故障前后位置信號電平的變化以及故障瞬間可能形成的邊沿對系統(tǒng)觸發(fā)中斷的影響。根據(jù)三相位置信號的特征及邊沿觸發(fā)模