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永磁超环面电机神经网络建模与无位置传感器控制

蔚旭峰  
【摘要】:永磁超环面电机是一种结合了行星蜗杆传动的特种电机,是一种新型的永磁类同步电机。永磁超环面电机特殊的结构设计使得该电机具有较强的结构紧凑性,并且该电机运行过程具有摩擦及噪音较小的优点,特殊的行星蜗杆机构使得该电机在较小空间可以传递较大转矩。本文从永磁超环面电机电感分析入手,进而对该电机进行建模并设计该电机的无位置传感器控制系统。本文在分析永磁超环面电机的结构及工作原理基础上,在行星轮自转方向内建立等效坐标系,创新性地利用电感能量法对蜗杆三相绕组自感及互感进行计算,得到蜗杆绕组电感与电机结构参数之间的表达式,分析得到蜗杆绕组电感大小与各个参数之间的关系。建立了永磁超环面电机的数学模型,选择合适的参数,利用神经网络对该电机进行建模。为保证永磁超环面电机的控制精度,在不增加电机体积及控制系统复杂性基础上,采用无位置传感器控制技术对该电机进行调速控制。由于模型参考自适应系统在无位置传感器控制技术中相对简单、可靠、容易实现,设计基于MRAS的永磁超环面电机控制,并在Simulink环境下搭建相应的仿真实验,验证该控制系统设计的合理性。针对模型参考自适应控制控制精度低,参数选择比较麻烦,本文设计了基于改进型滑模观测器的永磁超环面电机无位置传感器控制系统,通过反正切函数法估算行星架转子公转位置角,进而实现永磁超环面电机无位置传感器控制。仿真实验结果表明,设计的无位置传感器控制系统控制精度及稳定性得到了大大提高,改进的滑模观测器控制系统可以很好的减少永磁超环面电机运行过程中转速的抖动。


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