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永磁超环面电机的自抗扰控制策略研究

贾鑫  
【摘要】:永磁超环面电机是一种内外双定子结构,并结合行星蜗杆传动的新型永磁交流电机。其结构紧凑,传动平稳,并自带减速功能,可实现大转矩传递,在车辆、军事及航空航天等空间利用率要求较高的领域具有广阔的应用前景。本文对电机蜗杆绕组的电感表达式、动态磁链方程、各电参量数学模型、二阶非线性自抗扰控制器和一阶线性自抗扰控制器的设计等几个方面进行了深入研究。基于永磁超环面电机独特的内定子结构,结合蜗杆绕组空间分布,提出特有的余弦函数变化的电感模型,将电感的行星轮自转分量因素融入到公转分量中进行结合,并对比分析了不同参数变化对电感分布的影响。依据电机行星轮自转与公转的运行关系,建立了电机各电参量数学模型,推导了动态磁链方程、电压方程和机械运动方程。根据模型在Matlab/Simulink仿真环境下自建了 S-function的永磁超环面电机仿真模块。以非线性自抗扰控制为理论,结合永磁超环面电机的状态方程和id*=0矢量控制原理,分别构建了一阶转速环与电流环相结合、二阶位置环与电流环相结合的两类非线性自抗扰控制系统,并分别对比PI系统,在Simulink环境下进行了仿真系统验证,记录该电机输出的转速、电磁转矩、三相电流等的仿真波形结果进行了对比分析。以线性自抗扰控制的算法为理论,结合永磁超环面电机的二阶转速方程为模型,选择合适的带宽,搭建了线性自抗扰控制系统。从Simulink仿真结果可以得出,转速波形跟踪效果良好,且响应迅速、准确、无超调。并与零极点表达式直接控制结果形成对比,充分显示出LADRC的优越性。


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