低转矩脉动开关磁阻电机控制策略研究及控制器设计

论文摘要

开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,简称SRM)具有结构简单、坚固,运行可靠,效率高,控制方式灵活,适宜于高速和恶劣环境下运行等优点,具有强大的市场竞争力。但其双凸极结构和非线性电磁特性导致的转矩脉动,直接影响着其驱动系统的输出特性,制约了SRM的应用领域。针对SRM转矩脉动抑制的研究,逐渐成为当前研究的热点。论文介绍了SRM的发展概况和研究热点,讨论了目前国内外针对转矩脉动抑制的研究现状；阐述了SRM的基本结构和工作原理,推导了SRM的基本方程式、简化线性模型和非线性电感模型；针对SRM转矩脉动产生的本体原因和传统控制策略的不足,分析了目前针对转矩脉动抑制的若干种控制策略,讨论了它们的基本原理和适用场合,比较了它们的效果和优缺点,确定了基于转矩补偿的直接转矩控制作为本文的控制策略；详细叙述了基于转矩补偿的直接转矩策略的基本原理、整体设计和实现方法,在MATLAB/Simulink环境下,进行了仿真实验,结果验证了其有效性。根据课题要求,搭建了基于STM32的SRM转矩脉动抑制控制的实验系统,设计了系统的硬件平台,包括控制器电路和功率变换器电路等,编写了系统的软件程序,包括位置判断、转速测量等；进行了系统的软硬件联合调试,并在不同的条件下进行了相关实验,实验结果验证了控制策略和实验平台的有效性。最后,总结了本文采用的控制策略和搭建的实验平台所取得的成果,分析了课题研究存在的不足和有待改善的方面,展望了SRM转矩脉动抑制控制策略的发展方向和目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究目的和意义
• 1.2 开关磁阻电机的发展概况
• 1.3 SRM控制研究的热点
• 1.4 SRM转矩脉动抑制的研究现状
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第二章 SRM的工作原理和数学模型
• 2.1 引言
• 2.2 SRM的基本结构
• 2.3 SRM的工作原理
• 2.4 SRM的数学模型
• 2.4.1 基本方程式
• 2.4.2 简化线性模型
• 2.4.3 非线性电感模型
• 2.5 本章小结
• 第三章 SRM转矩脉动抑制的控制策略研究
• 3.1 引言
• 3.2 SRM转矩脉动产生的原因
• 3.2.1 电机本体结构的原因
• 3.2.2 传统的SRM控制策略
• 3.3 SRM转矩脉动抑制的控制策略
• 3.3.1 转矩分配控制策略
• 3.3.2 转矩补偿控制策略
• 3.3.3 直接转矩控制策略
• 3.3.4 微步控制策略
• 3.3.5 优化开通关断角控制策略
• 3.3.6 智能控制策略
• 3.4 控制策略的综合分析和比较
• 3.4.1 各种策略的优缺点
• 3.4.2 本文方案的选择
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于转矩补偿的SRM直接转矩控制
• 4.1 引言
• 4.2 系统的整体设计
• 4.3 转速调节器的设计
• 4.4 转矩补偿单元的设计
• 4.4.1 基本原理
• 4.4.2 补偿相的确定
• 4.4.3 开通、关断角的选择
• 4.5 转矩滞环控制器的设计
• 4.6 仿真研究及结果分析
• 4.6.1 仿真环境
• 4.6.2 仿真系统
• 4.6.3 仿真结果分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 基于STM32的SRM控制系统
• 5.1 引言
• 5.2 控制系统硬件设计
• 5.2.1 硬件平台整体结构
• 5.2.2 微控制器
• 5.2.3 位置传感器电路
• 5.2.4 键盘和显示电路
• 5.2.5 电流检测电路
• 5.2.6 保护电路
• 5.2.7 功率变换电路
• 5.2.8 驱动电路
• 5.2.9 电磁兼容
• 5.3 控制系统软件部分
• 5.3.1 软件总体结构
• 5.3.2 直接转矩
• 5.3.3 位置判断及换相逻辑
• 5.3.4 转速测量
• 5.3.5 PI调节器
• 5.4 本章小结
• 第六章 实验与结果分析
• 6.1 引言
• 6.2 实验装置说明
• 6.3 实验结果分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果