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高温超导电机励磁系统设计研究

孙卓  
【摘要】:随着高温超导材料在上世纪九十年代初的出现,高温超导电机的研究已经取得了实质性的进展。作为一款特种电机,高温超导电机具有重量轻、体积小、效率高、单机极限容量大等优点。但目前针对高温超导电机的研究较少,在电机的配套系统开发方面进展也十分缓慢,尤其是针对高温超导电机的励磁系统方面。目前针对高温超导电机励磁系统的研究主要有以下几个难点:1、高温超导电机在设计和运行数据方面目前尚属于机密状态,对电机本体的工作状态研究开展困难。2、在励磁系统实际设计方面同样存在相应的问题,由于高温超导电机的具体设计结构并未具体给出,对于励磁系统的硬件设计无法做到具有针对性。针对以上问题,本文根据高温超导电机特性,对其励磁系统的设计展开了研究工作,工作内容主要包括以下几个方面:首先,通过对目前国内外相关文献的阅读和分析,明确了高温超导电机的结构和特性,建立了高温超导电机数学模型。其次,根据高温超导电机励磁系统特点,提出了高温超导电机数字励磁系统的设计方案,按照模块化设计思路完成了高温超导电机励磁系统的硬件设计,完成了数字励磁调节器控制芯片部分的芯片选型并完成了外围电路的设计,并完成了软件部分的设计。再次,完成了高温超导电机励磁系统的控制策略设计。根据高温超导电机励磁系统的设计要求和工作特性,本文设计了三种控制策略,分别为PID、模糊PID和变论域模糊PID控制。其中PID控制采用端电压误差作为输入量,模糊PID和变论域模糊PID控制采用端电压误差值和端电压误差变化率作为输入量,以励磁电压输出值作为控制目标来对励磁系统进行控制。最后,建立了三种控制策略的仿真模型,并与之前所建立的高温超导电机励磁系统仿真模型结合,分别在常规工作状态和故障工作状态两种情况下对三种控制策略控制之下的励磁系统进行了数字仿真。通过仿真得到的响应曲线对比出了三种控制策略控制效果的差异,得出了变论域模糊PID控制在超调量和调节时间上均具有最佳控制效果这一结论。


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