车用定子永磁型双凸极磁通记忆电机的控制技术研究

摘要

定子永磁型双凸极磁通记忆电机(简称DSFM电机),是一种新型磁通可控式定子永磁型双凸极电机,不同于转子永磁型磁通记忆电机,该电机直接引入了可用于在线调节铝镍钴(AINiCo)永磁材料磁化强度的磁化绕组。通过在短时间内控制电动机内层定子上直流磁化绕组中的磁化脉冲电流来改变铝镍钴永磁体的磁化状态并记忆住,从而实现电动机内气隙磁通的有效调节,磁场调节手段简单、直接。由于磁化电流作用时间较短(小于1s),与混合励磁类永磁电动机相比,不存在调节磁通时所需的持续励磁电流损耗,电机效率更高。
　　 本文首先对车用电机驱动系统的发展现状及趋势、记忆电动机的概念进行了介绍。在此基础上简要分析了DSFM电机的基本结构、数学模型、工作原理及运行模式、控制策略等,建立了基于MATLAB／Simulink的DSFM电动机驱动控制系统数字仿真模型并进行了仿真研究,从理论上论证了所建模型的正确性与有效性。
　　 以TI公司浮点型DSP TMS320F28335为控制芯片,设计了DSFM电机驱动控制系统的电枢电流检测与信号调理电路、位置信号检测与信号调理电路、控制系统硬件保护电路、IPM驱动电路、逆变器主电路等。完成了DSFM电机驱动控制系统实验所需硬件平台的构建。
　　 最后,在DSP的集成开发环境CCStudio v3.3下设计了整个驱动控制系统的控制程序,并结合硬件平台,对一台DSFM电机样机进行了实验调试和实验。实验结果不仅验证了理论分析和数字仿真以及该驱动控制系统软硬件设计的正确性和可靠性,同时表明该DSFM电机不仅能继承定子永磁电机的诸多优点,还可通过控制其磁通,使其运行在不同的运行模式下。在正常充磁情况下,该电机可运行于DSPM(双凸极永磁电机)电机模式,在完全去磁时,该电机可运行于SR电机模式。因此,该电机在电动汽车等需高效率、高功率密度、高可靠性、宽调速范围等应用场合具有应用前景。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 车用驱动电机系统的现状及发展趋势

1.3 记忆电动机的概念

1.4 本文的主要研究内容

第二章 DSFM电机工作原理及其双模态运行模式

2.1 定子永磁型双凸极磁通记忆电机的基本结构

2.2 定子永磁型双凸极磁通记忆电机的工作原理

2.3 DSFM电机的数学模型

2.3.1 DSFM的定子相绕组电压方程

2.3.2 DSFM电机的磁链方程

2.3.3 DSFM电机的转矩方程

2.3.4 DSFM的机械运动方程

2.4 DSFM电机的双模态运行模式

2.5 本章小结

第三章 DSFM电机控制系统的MATLAB建模与仿真

3.1 定子永磁型双凸极磁通记忆电机的控制模式

3.2 基于MATLAB的DSFM电机控制系统建模

3.2.1 DSFM电机仿真控制系统模型

3.2.2 DSFM电机仿真控制系统建模的难点

3.3 DSFM电机及其驱动系统数字仿真研究

3.3.1 DSPM电机运行模式时的驱动性能

3.3.2 SRM电机运行模式

3.4 本章小结

第四章 DSFM电机驱动控制系统硬件电路设计

4.1 DSFM驱动控制系统的构成

4.2 TMS320F28335的结构与特点

4.3 DSFM驱动系统功率变换电路的拓扑结构

4.4 DSFM电机驱动系统硬件设计

4.4.1 逆变器主电路的设计

4.4.2 电流检测及调理电路的设计

4.4.3 位置信号检测与信号调理电路

4.4.4 电流过流保护电路

4.4.5 IPM驱动电路的设计

4.5 本章小结

第五章 DSFM电机驱动控制系统软件设计

5.1 DSFM电机驱动控制系统软件框架

5.2 主程序模块

5.3 中断服务子程序模块

5.3.1 模数转换中断模块

5.3.2 EPWM4定时器周期中断模块

5.3.3 ECAP中断服务子程序

5.4本章小结

第六章 DSFM电机驱动控制系统实验与结果

6.1 DSFM电机实验系统的构成

6.2 充去磁实验

6.3 DSPM电机运行模式实验

6.4 SR电机运行模式实验

6.5 本章小结

第7章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 展望

参考文献

致谢

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