混合勵(lì)磁軸向磁場(chǎng)磁通切換永磁電機(jī)控制系統(tǒng)研究.pdf

1、混合勵(lì)磁軸向磁場(chǎng)磁通切換永磁(Hybrid excited axial field flux-switchingpermanent magnet，HEAFFSPM)電機(jī)是一種新型的定子永磁型混合勵(lì)磁同步電機(jī)(Hybrid excited synchronous machine，HESM)，實(shí)現(xiàn)了磁通切換理念和混合勵(lì)磁同步電機(jī)的有機(jī)結(jié)合，兼具軸向磁場(chǎng)磁通切換永磁(Axial field flux-switching permanentma

2、gnet，AFFSPM)電機(jī)和HESM的優(yōu)點(diǎn)，軸向長(zhǎng)度短、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固、功率/轉(zhuǎn)矩密度高、調(diào)磁范圍寬、散熱容易，在電動(dòng)汽車等要求寬恒功率調(diào)速領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。本文以一臺(tái)三相12/10極HEAFFSPM電機(jī)為對(duì)象，基于矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制方法，深入研究該電機(jī)的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)運(yùn)行性能和單位功率因數(shù)控制、最小銅耗控制、容錯(cuò)控制、最優(yōu)效率控制等高性能控制策略。本文的研究成果為HEAFFSPM電機(jī)在電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了一定

3、的理論和技術(shù)依據(jù)。
　　論文主要研究?jī)?nèi)容和成果包括以下幾個(gè)方面:
　　1.介紹和總結(jié)本課題的研究背景、現(xiàn)狀及意義，闡述HEAFFSPM電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)行原理，詳細(xì)分析反電勢(shì)、磁鏈、電感和齒槽轉(zhuǎn)矩等電磁特性。建立HEAFFSPM電機(jī)在三相靜止abc參考坐標(biāo)系、兩相靜止αβ參考坐標(biāo)系和兩相旋轉(zhuǎn)dq參考坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型。基于MATLAB/Simulink，構(gòu)建HEAFFSPM電機(jī)的仿真模型，進(jìn)行仿真分析。
　　2.根據(jù)HE

4、AFFSPM電機(jī)的特點(diǎn)，建立HEAFFSPM電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)?；谑噶靠刂品椒ㄖ衖d=0的電流矢量控制策略，研究電機(jī)的運(yùn)行性能。提出包括cosψ=1控制、最小銅耗控制、弱磁和容錯(cuò)控制等幾種適用于HEAFFSPM電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電流矢量控制策略，并與id=0控制特性進(jìn)行對(duì)比分析。對(duì)HEAFFSPM電機(jī)在整個(gè)速度運(yùn)行區(qū)間的運(yùn)行性能進(jìn)行仿真分析和實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證提出控制策略的有效性。
　　3.提出一種HEAFFSPM電機(jī)最優(yōu)效率控制策略。構(gòu)建H

5、EAFFSPM電機(jī)最優(yōu)效率控制系統(tǒng)，研究采用最優(yōu)效率控制策略的HEAFFSPM電機(jī)的運(yùn)行性能。基于MATLAB/Simulink和dSPACE1103進(jìn)行仿真分析和實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證提出控制策略的正確性和有效性。在此基礎(chǔ)上，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化PI控制器，進(jìn)一步提高HEAFFSPM電機(jī)最優(yōu)效率控制性能。
　　4.提出一種HEAFFSPM電機(jī)無(wú)位置傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制方法，分析電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制性能。基于滑模變結(jié)構(gòu)控制理論，設(shè)計(jì)一種滑模觀測(cè)

6、器估測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置。基于MATLAB/Simulink，研究HEAFFSPM電機(jī)采用無(wú)位置傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制方法的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能，驗(yàn)證提出控制方法的有效性，為無(wú)位置傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制方法在HESM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)基礎(chǔ)。
　　5.研制基于dSPACE1103控制器的HEAFFSPM電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，采用Altium Designer Summer09設(shè)計(jì)包括主功率變換器、勵(lì)磁功率變換器和采樣保護(hù)等硬件電路