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双开关磁阻调速电动机并联拖动系统研究

宋秋爽  
【摘要】: 本文集电机本体、功率变换器及控制器于一体,以双开关磁阻调速电动机并联拖动系统为研究对象,该系统由主电机、从电机、主功率变换器、从功率变换器、主控制器和从控制器组成。主控制器用于主电机的转速闭环控制,从控制器用于从电机与主电机的转速同步负载均衡分配控制。首先,给出了双开关磁阻调速电动机并联拖动系统方案。主控制器中,输入参数为系统转速给定值和主电机实际转速反馈值,输出参数为PWM信号占空比。从控制器中,输入参数为主电机实际转速反馈值、从电机实际转速反馈值、或加上主电机功率变换器直流母线供电电流的平均值和从电机功率变换器直流母线供电电流的平均值,输出参数为脉宽调制信号(PWM信号)占空比。其次,给出了双开关磁阻调速电动机并联拖动系统控制策略。主功率变换器、从功率变换器的主开关开通角和关断角均固定,控制器输出的脉宽调制信号对功率变换器每相主开关的触发信号进行调制,通过改变PWM信号的占空比,对电动机相绕组平均供电电压进行调节,从而控制电动机的转速和电磁转矩;PWM信号占空比的调节规则遵循一定的控制算法;主、从系统所采用的控制算法有双PI控制、双模糊控制、双滑模控制、PI+模糊控制、PI+滑模控制、模糊+滑模控制、模糊+PI控制、滑模+PI控制、滑模+模糊、双PI+模糊控制、双PI+滑模控制、双模糊+PI控制、双滑模+PI控制、双模糊+滑模控制、双滑模+模糊控制。接着,在开关磁阻电机系统非线性数学模型的基础上,根据所提出的双开关磁阻调速电动机并联拖动系统控制原理和控制策略,依托Matlab平台,建立了双开关磁阻调速电动机并联拖动系统非线性仿真模型,包括整体模型、功率变换器与电机组合模块仿真模型、功率变换器一相仿真模型、转子位置角计算模型、相电流计算模型、转矩计算模型、PWM信号仿真模型及15种控制策略算法仿真模型。用该非线性仿真模型,结合双PI控制、双模糊控制等15种算法,对所研制的四相双开关磁阻调速电动机并联拖动系统实验室样机,进行了三种给定转速、两种不同负载大小的仿真,以获得的主、从电机系统转速响应曲线、相电流波形及合成电磁转矩波形仿真结果表明,从减小转矩脉动、降低最大相电流峰值、启动时主/从电机的转速响应同步方面考虑,系统宜采用双PI+模糊控制策略。最后,以双AT89C52单片机为数字控制器核心,研制了四相8/6结构双开关磁阻调速电动机并联拖动系统实验室样机。该样机由两台四相8/6结构开关磁阻调速电动机、两台四相不对称桥式功率变换器及两台AT89C52单片机为核心的数字控制器组成。依托所研制的样机,结合双PI控制策略、双模糊控制策略、双PI+模糊控制策略、双PI+滑模控制策略、模糊与PI控制策略,进行了样机启动时转速响应试验、抗负载扰动试验、转速静差测试、相电流波形测试。实验结果表明,从转速静差小、实现低速满载和高速轻载启动时主/从电机的转速响应同步、抗负载扰动转速响应同步性好方面考虑,系统宜采用双PI+模糊控制策略。这与通过仿真分析所选取的控制策略相一致。


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