组合磁极式记忆电机磁化模型及转子磁链观测技术研究

摘要

伴随着传统永磁同步电机在各领域的广泛应用，其调速范围窄，高速区域工作效率低的缺陷愈发引人关注。但记忆电机的出现为解决该问题提供了行之有效的方法，其中组合磁极式记忆电机凭借其调速范围宽、功率损耗小、输出转矩平稳等优势逐步成为调磁领域的研发热点。但对于其控制策略的制定仍未成体系，主要原因在于其控制方案需保证转子磁链实时可靠的检测。针对存在的问题，本文采用搭建转子磁链观测器的方法实时辨识转子磁链。其主要研究内容包括组合磁极式记忆电机的基本结构及工作原理、电机控制系统的控制策略与调磁方案以及转子磁链观测器的设计与分析。
　　首先，对组合磁极式记忆电机的基本结构及工作原理进行分析。详细分析了V型组合磁极式记忆电机的基本结构，结合其工作原理给出充磁与去磁状态下电机的气隙磁密波形；对铝镍钴永磁体的磁化特性展开分析，建立铝镍钴永磁体充去磁状态下磁化模型，并设计磁化特性测试仪用来提高磁化模型的准确性。
　　其次，对电机控制系统的控制策略与调磁方案进行研究。针对组合磁极式记忆电机永磁体工作点可变化的特性，在低速区域采用恒转矩控制策略，在高速区域采用分段恒转矩控制策略；针对电机在调磁点处的转速、转矩输出特性，采用空载反电势不变法制定调磁方案；经仿真验证表明：该控制策略可保证电机在低速区域内输出足够大的电磁转矩，在高速区域内拥有较高的工作效率，在宽范围调速过程中控制系统具有优良的动、静态特性。
　　再次，对转子磁链观测器进行设计与仿真分析。基于传统转子磁链自适应观测器易受电机参数扰动影响的问题，针对 q轴电感扰动采用优化反馈增益的方式进行改善；通过合理配置PI自适应率参数，提高观测器的动、静态性能；经仿真验证表明：当电机参数无扰动时，转子磁链观测器可以准确地实时辨识出转子磁链；当电机参数存在扰动时，转子磁链观测器可以削弱参数扰动的影响，保证观测器仍具有较高的观测精度。
　　最后，对转子磁链自适应观测器进行实验验证。采用静态测量法对实验电机的定子电阻、交直轴电感进行测量；搭建实验平台、设计观测器系统流程图并编写实验程序；经实验验证表明：该转子磁链观测器可以抵抗参数扰动、实时地反馈转子磁链信息，与仿真结果相吻合，验证该观测器系统的可行性。

目录

第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状综述

1.3 本文研究内容

第2章 组合磁极式记忆电机工作原理及磁化模型

2.1 引言

2.2 组合磁极式记忆电机基本结构及工作原理

2.3 铝镍钴永磁体的磁化特性分析

2.4 磁化特性测试仪设计及分析

2.5 本章小结

第3章 组合磁极式记忆电机的控制策略研究

3.1 引言

3.2 组合磁极式记忆电机的数学模型

3.3 组合磁极式记忆电机的控制策略

3.4 组合磁极式记忆电机的调磁方案

3.5 组合磁极式记忆电机的仿真分析

3.6 本章小结

第4章 转子磁链自适应观测器设计

4.1 引言

4.2 转子磁链自适应观测器的数学模型

4.3 参数误差扰动性分析

4.4 转子磁链观测器性能分析

4.5 仿真验证

4.6 本章小结

第5章 转子磁链自适应观测器实验分析

5.1 引言

5.2 转子磁链观测器系统硬件设计

5.3 转子磁链观测器系统软件设计

5.4 实验结果分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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