基于模糊控制的新型开关磁阻电机功率变换器设计

摘要

开关磁阻电机调速系统是80年代中期发展起来的新型交流调速系统，其结构简单系统稳定性高，具有较宽的调速范围并且成本低廉，在与传统直流电机的较量中异军突起成为当代电气传动的热门课题之一。然而转矩脉动引起的噪声以及如何提高调速系统性价比是制约开关磁阻电机在调速领域广泛应用的主要原因之一。 开关磁阻电机调速系统通过特定的功率变换器来完成各相绕组的开通与关断工作。功率变换器是开关磁阻电机运行时所需能量的供给者，是系统的中枢执行机构。在整个开关磁阻电机调速系统成本中，功率变换器占有很大的比重，合理选择和设计功率变换器是提高开关磁阻电机调速系统性价比的关键之一。由于经典开关磁阻电机功率变换器需要功率开关器件多，成本高。本文在经典功率变换器的基础上设计了一种含谐振电路的新型开关磁阻电机功率变换器，该功率变换器每相仅需一个功率开关管和一个功率二极管，实现了用最少功率开关管使开关磁阻电机稳定运行的目的。通过MATLAB仿真，与不对称半桥型和公共开关型功率变换器进行比较，结果表明本文设计的新型开关磁阻电机功率变换器有效地提高了开关磁阻电机调速系统的性价比。 在控制器方面本文通过设计模糊自适应PID控制器来对搭载新型功率变换器的开关磁阻电机进行控制，利用模糊控制策略的优势，解决由于开关磁阻电机本身高度非线性、强耦合所带来的问题。利用模糊自适应PID控制技术的特点实现转矩——电流的逆向补偿控制，获得优化的相电流，从而得到平稳的转矩输出，在降低转矩脉动的同时，能够克服系统中因负载扰动及参数变化引起的不确定性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景及意义

1．1．1 开关磁阻电机的发展概述

1．1．2 开关磁阻电机应用

1．2 国内外研究现状

1．2．1 开关磁阻电机功率变换器研究现状

1．2．2 开关磁阻电机控制策略研究现状

1．3 本文主要内容及安排

1．4 小结

第2章 开关磁阻电机简介

2．1 开关磁阻电机的结构及原理

2．2 开关磁阻电机调速系统结构及运行原理

2．2．1 开关磁阻电机调速系统结构

2．2．2 开关磁阻电机调速系统的运行特性

2．2．3 开关磁阻电机调速系统特点

2．2．4 开关磁阻电机调速系统研究方向

2．3 本章小结

第3章 开关磁阻电机数学模型

3．1 开关磁阻电机基本方程

3．2 开关磁阻电机理想线性模型

3．2．1 相电感线性模型

3．2．2 相绕组磁链线性模型

3．2．3 基于理想模型的开关磁阻电机绕组电流分析

3．3 开关磁阻电机准线性模型分析

3．4 本章小结

第4章 开关磁阻电机新型功率变换器

4．1 开关磁阻电机功率变换器简介

4．2 传统功率变换器

4．2．1 不对称半桥型功率变换器

4．2．2 公共开关型功率变换器

4．3 含谐振电路的新型功率变换器

4．3．1 新型功率变换器简介

4．3．2 谐振原理

4．3．3 运行原理

4．3．4 运行模式

4．4 主电路元器件选型

4．5 仿真分析

4．6 本章小结

第5章 开关磁阻电机模糊自适应PID控制器

5．1 开关磁阻电机基本控制策略

5．2 PID调节器

5．3 模糊自适应PID调节器

5．3．1 模糊自适应PID调节器简介

5．3．2 控制系统确定

5．3．3 模糊自适应PID控制器确定

5．4 本章小结

第6章 开关磁阻电机调速系统模型仿真与分析

6．1 开关磁阻电机调速系统仿真

6．2 控制策略仿真分析

6．3 功率变换器仿真分析

6．4 开关磁阻电机调速系统性能分析

6．5 本章小结

第7章 总结与展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果