基于LS-SVM开关磁阻电机建模及调速系统控制研究

摘要

开关磁阻调速电机系统是一种新型的机电一体化无级调速电机系统，兼有交流调速系统电机结构坚固和直流调速系统调速性能好等优点。由于具有起动电流小，起动转矩大，各相工作相互独立，在缺相情况下仍能可靠运行，容错能力强，可以频繁重载起动，适用于各种恶劣的工作环境。然而开关磁阻电机电磁特性深度饱和和非线性使得建立精确的数学模型十分困难，传统的控制策略会产生较大的转矩脉动，限制了开关磁阻电机使用范围。因此，建立精确的数学模型和转矩脉动抑制是各国学者研究的热点和难点问题。
　　本文首先在阐述了开关磁阻电机的基本运行原理基础上，推导了SRM基本方程和理想电感模型的表达式，分析了SRM基本控制策略，并对电流斩波控制进行了仿真与分析。其次利用Ansoft Maxwell有限元软件分析了SRM不同转子位置的磁通、磁位分布，获得了样机的磁化曲线族、矩角特性曲线参数波形。然后利用最小二乘支持向量机泛化能力强以及能够较好地解决小样本学习问题的特点，通过离线学习的方法建立了基于LS-SVM开关磁阻电机磁链和转矩模型。针对开关磁阻电机调速系统转矩脉动大的问题，本文采用转矩分配法实现转速、转矩双闭环控制，设计了转矩分配函数、转速调节器、转矩滞环等，利用Matlab建立了仿真模型，并对仿真结果进行了分析。
　　最后完成了以DSP TMS320F28335作为控制核心的开关磁阻电机试验系统硬件设计，包括功率变换器、驱动电路、缓冲电路、电流检测电路、位置检测电路等。并设计了系统的软件流程图，给出了主程序、初始化、起动子程序流程图。通过分析实验波形，验证了多提方法的正确性和有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 开关磁阻电机的主要研究方向

1．2．2 开关磁阻电机建模研究现状

1．2．3 开关磁阻电机转矩控制研究现状

1．3 本文研究主要内容

第2章 开关磁阻电机调速系统及基本控制策略

2．1 开关磁阻电机运行原理

2．2 开关磁阻电机数学模型

2．2．1 等效电路

2．2．2 机械方程

2．2．3 转矩方程

2．2．4 理想电感模型

2．3 控制策略

2．3．1 电流斩波控制

2．3．2 电压斩波控制

2．3．3 角度位置控制

2．4 开关磁阻电机调速系统

2．5 本章小结

第3章 基于有限元法开关磁阻电机参数化分析

3．1 开关磁阻电机有限元分析

3．1．1 有限元基本原理

3．1．2 电磁场基本理论

3．1．3 边界条件

3．1．4 等价变分问题

3．2 开关磁阻电机参数化分析

3．2．1 Ansoft Maxwell软件介绍

3．2．2 有限元模型建立

3．2．3 后处理

3．2．4 磁链特性

3．2．5 矩角特性

3．3 本章小结

第4章 基于最小二乘法支持向量机的开关磁阻电机建模

4．1 最小二乘成支持向量机原理

4．1．1 支持向量机

4．1．2 最小二乘支持向量机

4．1．3 核函数选择

4．2 开关磁阻电机静态特性建模

4．2．1 LS-SVM工具箱使用

4．2．2 训练样本获取

4．3 LS-SVM模型训练和结果

4．3．1 磁链模型分析

4．3．2 矩角模型分析

4．4 本章小结

第5章 基于转矩分配法的开关磁阻电机调速系统控制

5．1 开关磁阻电机调速系统转矩控制构成

5．2 基于转矩分配法的开关磁阻电机调速系统设计

5．2．1 转矩分配函数的设计

5．2．2 转速调节器设计

5．2．3 转矩滞环控制设计

5．2．4 开关角选取

5．2．5 转矩脉动量化

5．3 系统仿真及结果分析

5．3．1 系统框图

5．3．2 仿真结果

5．4 本章小结

第6章 开关磁阻电机调速试验系统研究

6．1 TMS320F28335介绍

6．2 系统硬件设计

6．2．1 功率变换器

6．2．2 驱动电路

6．2．3 缓冲电路

6．2．4 电流检测

6．2．5 位置检测

6．3 系统软件设计

6．3．1 主程序

6．3．2 起动子程序

6．4 实验结果分析

6．5 本章总结

第7章 工作总结与工作展望

7．1 全文总结

7．2 需要进一步研究的工作

参考文献

致谢