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开关磁阻电机调速系统及其新型控制策略研究

纪良文  
【摘要】: 开关磁阻电机(简称SRM或SR电机)具有结构简单、成本低、控制灵活等优点,由其构成的调速系统(简称SRD)具有交、直流调速系统所没有的优点,所以目前对于SRD已经形成了理论研究与实际应用并重的发展态势。本文以SR电机智能化控制理论及其系统设计为主题展开理论和应用研究。 在介绍了SR电机及其控制系统设计研究的发展和现状之后,本文首先分析了SRM的PWM控制方式以及两相斩波式主电路特性,并基于高速数字信号处理器(DSPs)在电机控制方面的优势,设计出基于TMS320F240的SRD实验系统。随后基于局部逼近神经网络理论,分析了SR电机的非线性磁特性模型,建立了基于径向基函数(RBF)神经网络的SR电机模型,并结合样机的实测数据给出了仿真结果,仿真表明,所建模型具有很高的精确度和鲁棒性,同时具有快速、简单的优点。为了降低SRD系统的转矩脉动,本文在所建模型的基础上,设计出智能化转矩控制系统,利用转矩分配函数,提出瞬时转矩控制策略,同时采用磁链控制器来实现;考虑到SRD具有可控参数多的特点,本文同时建立了优化转子位置角的模糊控制器来达到智能化转矩控制的目的,从而有效抑制SR电机的转矩脉动。在功率变换器的优化设计方面,本文在对于具有最少开关数的功率变换器拓扑结构进行研究的基础上,深入研究了其中带存储电容斩波回收型功率变换器。分析了这种功率变换器的运行模式,给出了相关参数的估算公式,为功率变换器的工程设计提供了指南。通过仿真分析,证实了系统运行的可行性。 最后,本文研究了SRD系统无位置传感器位置的检测方案。研究了基于滑模观测理论的五位置传感器SR电机位置的预测方法,并设计了基于滑模状态观测的SRD控制系统。用DSP的快速运算功能,建立了位置预测以及SRM控制器的实验平台,仿真实验结果表明,位置预报系统具有很好的鲁棒性和精度,同时能实现转矩脉动最小化控制。


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