狀態(tài)下微型電動(dòng)汽車用開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與控制_圖文

1、 低壓大電流狀態(tài)下微型電動(dòng)汽車用開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與控制的可靠運(yùn)行,一般在低速時(shí)采用電流斬波控制的運(yùn)行方式,在高速時(shí)采用角度位置控制的運(yùn)行方式,下面主要介紹這兩種運(yùn)行方式下的特點(diǎn)。1.電流斬波控制方式電機(jī)低速運(yùn)行時(shí),為防止因電流過大而損壞功率開關(guān)元件和電機(jī),必須采用限流措施,如圖2.3、2.4所示。由圖2.3知,眈。和眈分別是觸發(fā)角和關(guān)斷角,其值可以固定也可以改變;L眈與k。分別是電流斬波控制的電流上下限的值,控制器在電流達(dá)到上限值時(shí),關(guān)斷主開關(guān)器件,并在電流減小到下限值時(shí)重新開通主開關(guān)器件,通過改變電流上下限值來調(diào)節(jié)SRM輸出轉(zhuǎn)矩,同時(shí)實(shí)現(xiàn)速度的閉環(huán)控制。由圖2.4知,此圖表示的是觸發(fā)角為

2、零度、關(guān)斷角為30度時(shí),不同的電流值下,電機(jī)的輸出的機(jī)械特性,由此可以看出當(dāng)電機(jī)角速度固定不變時(shí),電流值越大,其輸出轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)的越大;當(dāng)電流值一定時(shí),不同的角速度對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩的變化影響不大。圖2.3運(yùn)行時(shí)磁鏈和電流波形/_、莛乏、-一、h204萬12萬20萬Dl(radJ一1圖2.4CCC控制下r=/(Q特性Fig.2.3Flux and current waveforms during thenmningFig.2.4T=廠(QCharacteristics under the CCC control2.角度位置控制方式為了提高輸出轉(zhuǎn)矩,使轉(zhuǎn)矩不隨轉(zhuǎn)速Q(mào)以平方關(guān)系下降,在外施電壓不變的情況下,

3、只有通過調(diào)整觸發(fā)角與關(guān)斷角來改變轉(zhuǎn)矩的運(yùn)行方式,即為角度位置控制方式。如圖2.5所示,此圖為8/6極7.5KW的SRM的轉(zhuǎn)矩與觸發(fā)角、關(guān)斷角的14 低壓大電流狀態(tài)下微型電動(dòng)汽車用開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與控制這種滑動(dòng)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)來減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。弗羅里達(dá)州立大學(xué)的Fletcher Flemingt521,提出粒子群優(yōu)化方法控制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),鑒于耦合因素的考慮,通過優(yōu)化相電流減小銅耗達(dá)到給定轉(zhuǎn)矩,來實(shí)現(xiàn)減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的目標(biāo)。此J'l-Dn拿大的Dongyun Lu提出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的減小【531,即采用前饋反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的直接逆控制,以減少在低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),其控制方式較為簡(jiǎn)單,易于實(shí)

4、現(xiàn),動(dòng)作速度快。上述減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法或策略,可以概括為兩個(gè)方面,一是通過改變電機(jī)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn),另一個(gè)是采用不同的控制策略,改變某一或多個(gè)參數(shù)變量,進(jìn)而達(dá)到減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的目的。3.3SRM開關(guān)角的優(yōu)化和性能分析ANSOFT是基于電磁場(chǎng)方面的仿真分析,能對(duì)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的性能進(jìn)行初步分析,雖然含有外電路模塊,但就控制策略方面具有很大的局限性。若開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)采用非線性電路和非線性控制策略的話,難以用傳統(tǒng)的電機(jī)理論和方法描述并計(jì)算其系統(tǒng),目前分析開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要采用準(zhǔn)線性模型、線性模型和非線性仿真方法三種。MATLAB/Simulink含有SRM模塊,控制方式比較靈活,因此本章將利用MAT

5、LAB/Simulink建立開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)線性模型,對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析,以選擇優(yōu)化的開關(guān)角來減小在運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。3.3.1基于MATLAB的SRM驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的建模_對(duì)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真是驗(yàn)證電機(jī)性能的一種手段,是系統(tǒng)前期設(shè)計(jì)的有效途徑之一,同時(shí)也是驗(yàn)證控制策略正確與否的一個(gè)重要方法。MATLAB是專門為計(jì)算機(jī)解決數(shù)學(xué)問題的一種軟件,已成為目前科學(xué)計(jì)算和系統(tǒng)仿真普遍使用的軟件工具。Simulink是MATLAB軟件中的一個(gè)模塊,它能夠?qū)ξ⒎址匠踢M(jìn)行求解,還可以提供各種可用于控制系統(tǒng)仿真的模塊,支持控制系統(tǒng)仿真,尤其還能提供各種工程中使用的電機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等模塊

6、集; Simulink具有十分強(qiáng)大的功能,可利用本身或模塊集對(duì)任意復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行仿真,使用起來簡(jiǎn)單方便,它使得動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真的實(shí)現(xiàn)非常方便,對(duì)系統(tǒng)的隨機(jī)因素和非線性因素的研究十分直觀54-56】。SRM的驅(qū)動(dòng)仿真系統(tǒng)如圖3.3所示。由圖3.3知驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模型主要包括:功率變換器模塊,速度PI調(diào)節(jié)模塊, 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文的變化較小?？梢娡ㄟ^優(yōu)化開通與關(guān)斷角,能達(dá)到減小電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)目的。3.4本章小結(jié)本章首先從理論上詳細(xì)分析了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)產(chǎn)生的原因,敘述了目前國(guó)外常用的控制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小的策略,并構(gòu)建了開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng),對(duì)開關(guān)角度進(jìn)行優(yōu)化和仿真,仿真結(jié)果表明采用優(yōu)化的開關(guān)角度能夠減小轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)

7、,達(dá)到預(yù)期的效果。39 低壓大電流狀態(tài)下微型電動(dòng)汽車用開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與控制壓的一半,因此僅適用于相數(shù)為4的整數(shù)倍的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī),控制不夠靈活。一般廣泛應(yīng)用在要求不高的調(diào)速領(lǐng)域中。(aH橋式功率變換器電路Fig.(aCircuit ofthe H bddge power convener(b具有(n+1開關(guān)器件功率變換電路Fig.(bCircuit ofthe power converter with(n+1switching devices(C不對(duì)稱半橋型功率變換電路Fig.(cCircuit ofasymmetrical half-bfidge power converter圖4.2功率變換器拓?fù)浣Y(jié)