柴油发动机用力矩补偿系统的制动控制策略研究

摘要

柴油发动机由于瞬时输出功率有限，在遇到冲击性负载时会出现明显的转速变化现象，不仅影响柴油发动机的运行效率，同时会对其曲柄连杆等机械结构造成损伤。为解决上述问题，本文设计了一套柴油发动机用力矩补偿系统，以稳定柴油发动机转速为目标，对力矩补偿系统的控制策略进行设计，重点研究力矩补偿系统制动过程的相关技术。
　　首先，在建立集永磁同步电机、超级电容和直流变换器于一体的力矩补偿系统的基础上，对其主要运行状态进行分析，结合分析建立了不同工况的永磁同步电机和超级电容的数学模型，并对直流变换器的工作原理进行深入分析。
　　其次，结合永磁同步电机制动运行时的功能及性能指标，并通过分析制动过程中直轴电流对电机瞬时功率的影响，提出了基于转速闭环的被动制动控制策略和基于直流母线电压闭环的主动制动控制策略。在研究电机电压矢量变化的基础上，对永磁同步电机制动的动态过程进行了更深入的分析，并在Matlab/Simulink中对永磁同步电机的制动过程进行了仿真，对理论分析进行了仿真验证。
　　再次，设计了基于超级电容和制动电阻的混合制动储能系统，分析了不同制动过程中超级电容及制动电阻的工作模式，提出了基于直流母线电压闭环的被动制动控制策略及基于超级电容电压闭环的主动制动控制策略。通过引入输入电压前馈控制，对于被动制动控制策略进行了改进。在提高储能系统响应速度的同时，抑制了由于超级电容电压变化引起的母线电压波动。
　　最后，利用Matlab软件对于力矩补偿系统模型进行搭建，完成了力矩补偿系统制动过程的仿真验证。同时搭建了柴油发动机力矩补偿系统实验平台，完成了力矩补偿系统制动过程实验，通过仿真及实验验证了柴油发动机力矩补偿系统的有效性。

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第1章 绪论

1.1课题背景及研究目的和意义

1.2补偿电机制动技术研究现状

1.3补偿系统储能装置研究现状

1.4直流变换技术研究现状

1.5本文主要研究内容

第2章 力矩补偿系统结构及模型

2.1引言

2.2力矩补偿系统结构及工作原理

2.3补偿用永磁同步电机数学模型

2.4储能系统组成及原理

2.5本章小结

第3章 补偿电机的制动控制策略

3.1引言

3.2补偿用永磁同步电机制动过程分析

3.3被动制动工况PMSM的控制策略

3.4主动制动工况PMSM控制策略

3.5 PMSM制动动态过程及仿真

3.6本章小结

第4章 超级电容—制动电阻混合制动储能系统

4.1引言

4.2储能系统结构及工作模式

4.3被动制动工况下的储能控制策略

4.4主动制动工况下的储能控制策略

4.5本章小结

第5章 力矩补偿系统仿真与实验验证

5.1引言

5.2系统仿真验证

5.3硬件平台设计

5.4系统软件设计

5.5实验验证

5.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及其他成果

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