有限转角力矩电机作为柴油机电子调速执行机构的设计与研究

论文摘要

本文对有限转角直流力矩电机作为柴油机电子调速执行机构进行了设计与研究。介绍了研制的有限转角力矩电机样机的结构、工作原理及设计特点,建立了有限转角力矩电机的数学模型,并进行了控制策略的研究和系统的仿真优化。在此基础上,开发了力矩电机驱动控制模块,并进行了实验研究。本文所做的研究工作主要有以下几个方面:本文应用电磁原理和机械运动定律,根据有限转角力矩电机样机的具体结构形式和运动方程,进行合理简化,对样机的运动特性进行分析和计算,建立了有限转角力矩电机样机数学模型,在此基础上,建立了样机驱动控制系统仿真模型,通过控制策略仿真优化研究,结果表明采用由位置环、角加速度环、角速度环、电流环构成的四闭环控制器驱动控制方案在本文所研究的方案中为最佳。在对控制策略进行仿真优化研究的基础上,结合数字电路、模拟电路的优缺点,进行了以四闭环控制器为核心的模拟式驱动控制模块的电路设计,主要由转角位置设定输入及传感器失效保护电路、位置检测电路、四闭环控制器电路、逻辑H桥功率驱动电路、三角波产生电路、PWM信号产生电路、电流检测电路及系统所需的其它辅助电路构成。通过对有限转角力矩电机样机及驱动控制模块进行动、稳态性能测试及配机调速性能试验,结果表明本文所设计的样机及驱动控制模块性能良好,与仿真结果一致,达到了预期目标,满足了有限转角力矩电机作为柴油机电子调速执行机构的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 柴油机电子调速执行机构的研究现状
• 1.2.2 有限转角力矩电机的研究现状
• 1.3 本文主要工作
• 第2章 有限转角力矩电机结构与工作原理
• 2.1 有限转角力矩电机结构形式
• 2.2 有限转角力矩电机工作原理
• 2.3 有限转角力矩电机本体设计特点
• 2.3.1 电机零位定位
• 2.3.2 转角位置传感器的选择
• 2.3.3 本体设计特点
• 2.4 本章小结
• 第3章 有限转角力矩电机数学模型
• 3.1 有限转角力矩电机的励磁结构
• 3.2 有限转角力矩电机的磁场能量与力
• 3.2.1 净电能
• 3.2.2 机械能
• 3.2.3 磁储能
• 3.3 有限转角力矩电机的运动方程
• 3.3.1 电压平衡方程式
• 3.3.2 力平衡方程式
• 3.3.3 运动方程组
• 3.4 有限转角力矩电机的传递函数模型
• 3.5 本章小结
• 第4章 控制策略及仿真研究
• 4.1 有限转角力矩电机驱动控制系统概述
• 4.1.1 有限转角力矩电机驱动控制系统的组成
• 4.1.2 PID控制原理概述
• 4.2 系统仿真模型的建立
• 4.2.1 电机本体模型的建立
• 4.2.2 功率放大电路模型的建立
• 4.3 控制策略优化设计
• 4.3.1 位置环+电流环
• 4.3.2 位置环+角速度环+电流环
• 4.3.3 位置环+角加速度环+角速度环+电流环
• 4.4 仿真结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 驱动控制模块的设计
• 5.1 系统总体组成
• 5.2 硬件电路设计
• 5.2.1 控制器电路设计
• 5.2.2 逻辑H桥功率驱动电路的设计
• 5.2.3 三角波产生电路的设计
• 5.2.4 PWM产生电路的设计
• 5.2.5 转角位置检测电路
• 5.2.6 传感器保护电路
• 5.2.7 电流检测电路
• 5.2.8 其他电路的设计
• 5.3 本章小结
• 第6章 样机性能测试及配机试验研究
• 6.1 有限转角力矩电机样机电阻、电感测定
• 6.2 有限转角力矩电机稳态特性测试
• 6.3 有限转角力矩电机动态特性测试
• 6.4 有限转角力矩电机配机试验
• 6.4.1 试验系统的组成
• 6.4.2 调速性能试验
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及取得的科研成果
• 致谢