交流伺服永磁同步電機設(shè)計與控制研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,高性能伺服驅(qū)動系統(tǒng)在機器人制造、數(shù)控機床、軍工、紡織等工業(yè)機械上被更廣泛的應(yīng)用。為提升伺服驅(qū)動系統(tǒng)性能,本文對交流伺服永磁同步電機設(shè)計及控制進行了系統(tǒng)、深入的研究。
　　 1、在系統(tǒng)分析有極間隔斷表貼式磁鋼構(gòu)成的PMSM的氣隙磁密的基礎(chǔ)上,建立了不計與計及定子齒槽的極間隔斷Halbach型磁鋼構(gòu)成的PMSM氣隙磁密解析模型,為該類電機氣隙磁密波形的優(yōu)化設(shè)計打下基礎(chǔ)。該氣隙磁密解析模型即適合于分塊式Halbac

2、h型磁鋼,也適合于平行充磁表貼式磁鋼構(gòu)成的PMSM。深入分析電機結(jié)構(gòu)參數(shù)及磁鋼的充磁夾角與磁鋼極角對氣隙磁密波形的影響,提出一種新型極間隔斷Halbaeh型磁鋼結(jié)構(gòu),提高了氣隙磁密波形的正弦性與基波幅值,該類磁鋼結(jié)構(gòu)的PMSM的齒槽轉(zhuǎn)矩更小,反電勢波形更加正弦,轉(zhuǎn)矩脈動更小。
　　 2、針對電機結(jié)構(gòu)參數(shù)對氣隙磁密波形基波幅值及正弦性影響的特點,研究了表面響應(yīng)模型與多目標(biāo)微粒群算法的多目標(biāo)優(yōu)化算法,給出了pareto曲線優(yōu)化結(jié)果。

3、解決了多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計時權(quán)重較難確定的問題。
　　 3、總結(jié)了目前削弱齒槽轉(zhuǎn)矩的電機本體設(shè)計方式及求解方法的優(yōu)缺點,提出基于能量法的磁密一次方與磁導(dǎo)平方傅里葉級數(shù)組合的齒槽轉(zhuǎn)矩解析模型,以及基于Maxwell應(yīng)力法的沿氣隙圓周路徑的齒槽轉(zhuǎn)矩解析模型,解決了沿槽邊路徑求解而忽略切向磁密分量影響的缺失,揭示了各結(jié)構(gòu)參數(shù)與各階磁密分量對齒槽轉(zhuǎn)矩的影響。
　　 4、系統(tǒng)分析了極槽配合、槽口寬、極弧系數(shù)、斜槽等參數(shù)變化對齒槽轉(zhuǎn)矩峰值

4、的影響,給出參數(shù)的合理選擇方式,提出槽口寬選擇的修正方法,并進行有限元驗證,對降低齒槽轉(zhuǎn)矩具有指導(dǎo)意義,分析方式可推廣應(yīng)用于特殊結(jié)構(gòu)的定子槽與磁鋼。
　　 5、以降低齒槽轉(zhuǎn)矩為目標(biāo),研究了Taguchi算法在電機優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用,該方法的應(yīng)用確定了各參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計權(quán)重,并大大減少了有限元分析的樣本數(shù),提高了分析效率。
　　 6、基于氣隙磁密波形的解析模型,推導(dǎo)了繞組的磁鏈解析表達式,以及繞組的反電勢解析表達式,適用于任意

5、節(jié)距、單層、雙層、整數(shù)槽、分數(shù)槽繞組,研究了Halbach型磁鋼反電勢波形與磁鋼參數(shù)的關(guān)系。
　　 7、提出一種基于復(fù)數(shù)氣隙磁導(dǎo)的電樞反應(yīng)磁場解析模型,模型計及定子齒槽的影響,并適用于求解徑向與切向的磁密分量,提高了電樞反應(yīng)磁場計算的精確性。在引入飽和系數(shù)的基礎(chǔ)上,應(yīng)用該模型求解電機的自感與互感,基于氣隙磁密與電樞反應(yīng)磁場的解析模型,應(yīng)用能量法分析了電機轉(zhuǎn)矩的各分量,并對比研究了兩種Halbach型磁鋼的PMSM轉(zhuǎn)矩脈動情況。<

6、br>　　 8、分析了id=0的矢量控制策略,并基于Matlab進行仿真研究。提出了利用.Active-set方法對伺服控制系統(tǒng)的電流環(huán)與速度環(huán)PI參數(shù)進行優(yōu)化,優(yōu)化前后的結(jié)果對比表明該方法的合理與有效性；設(shè)計了一種電流環(huán)比例模糊控制與PI積分控制相結(jié)合的模糊控制算法,與普通PI的控制效果進行對比性能更優(yōu)。
　　 9、基于TI的TMS320F2808與ALTERA的CPLD-epm3128芯片,開發(fā)了永磁同步電機的伺服控制系統(tǒng)