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《中国矿业大学》 2011年
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开关磁阻起动/发电系统控制策略及实验研究

昝小舒  
【摘要】:开关磁阻电机由于结构简单坚固、成本低、速度范围宽、调速性能优良、低速高转矩、容错性能好等诸多优点已成为目前电气传动领域研究的热点之一。随着混合动力汽车的发展,车载开关磁阻起动/发电系统近年来得到了国内外研究者的关注。本文对开关磁阻起动/发电系统的一体化建模、一体化实验平台、起动控制、发电控制和助力控制等方面进行深入分析和研究。论文主要内容归纳如下: 开关磁阻电机由于其相电流的脉冲性与铁心磁通密度的局部高饱性,是一个严重非线性的系统,无法得到精确的数学模型。本文基于开关磁阻电机的有限元电磁特性数据,利用小波神经网络对开关磁阻电机进行了非线性仿真建模。并以此为基础,全部利用Simulink模块建立了开关磁阻起动/发电系统一体化仿真模型。为了研究方便,本文还建立了开关磁阻起动/发电系统一体化样机平台。仿真结果和样机实验平台的实验结果对比证明了仿真模型的准确性。开关磁阻起动/发电系统一体化仿真模型和样机平台的建立为其系统性能的优化和控制策略的测试奠定了基础。 然后对开关磁阻起动/发电系统的起动性能进行了研究。首先对车辆的发动机起动特性、起动容量、起动时间、起动方式、起动死区进行了分析。对不同转速下,电压PWM控制的主开关器件的开通角和关断角进行了基于起动转矩最大和起动转矩脉动最小两种情况下的角度优化,得出了最优角度。接着在分析起动初始电压PWM占空比对起动性能影响的基础上,设计了基于模糊控制的自适应初始电压PWM占空比估测方法,实现了系统的软起动。最后采用滑模PI控制算法分别对转矩最大起动和转矩脉动最小起动进行了起动控制策略设计,并利用开关磁阻起动/发电一体化仿真模型和样机平台,对上面所设计的起动方案进行了仿真和实验验证。仿真和实验结果都显示了提出起动方案的正确性。 根据汽车发电机发电性能的标准,对开关磁阻起动/发电系统的发电性能进行了研究。首先对开关磁阻起动/发电系统发电原理和磁链方式进行了分析,并根据应用环境设计了可切换励磁模式功率变换器主电路。然后,对开关磁阻起动/发电系统发电时的主开关器件开通角和关断角进行了发电输出功率最大和发电效率最优的角度优化,分别得出了两者的优化角度,并综合考虑两种方案得出最优开通角和关断角。接着分别采用内模PI控制策略和单神经元PI控制策略对开关磁阻起动/发电系统发电电压闭环控制进行了设计。最后采用一体化仿真模型和实验平台,对设计的两种发电控制策略和单纯PI控制策略进行了发电建压、用电负载扰动、转速变化扰动、绕组电阻变化等多种情况进行了仿真和实验验证。结果显示了两种控制策略的优良性能和适合的应用环境。 最后对开关磁阻起动/发电系统的助力性能进行了研究。根据车辆助力控制系统负载转矩多变,给定转速多变的特点,将自抗扰控制方法引入到开关磁阻起动/发电助力控制系统中。首先介绍了自抗扰控制方法的基本原理,利用该方法设计了基于自抗扰控制的开关磁阻起动/发电助力转速闭环控制系统。最后采用一体化仿真模型和实验平台,对设计的开关磁阻起动/发电助力控制系统进行了起动、转速抗干扰、模型参数变化和转速跟随性能的仿真和实验验证。实验结果显示了自抗扰控制器的优良性能。
【学位授予单位】:中国矿业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TM352

【参考文献】
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