双转子永磁同步电机控制方法研究

摘要

异向旋转双转子永磁同步电机是一种新型电机，其结构由内外两个转子和中间定子铁心组成，电枢绕组位于定子内外槽中，且不存在电刷、滑环等装置，这种结构紧凑新颖的设备，可以大幅度提高功率密度和电机运行效率，因而近年来受到广泛关注。现阶段，缺乏对该种电机系统的理论分析和控制方法研究。本文从异向旋转双转子永磁同步电机基本电磁关系出发，开展了以下研究工作。 文章首先分析了双转子电机的工作原理，建立了等效磁路模型。根据具体的电机参数，本文在电磁场有限元分析软件Ansoft Maxwell里建立了异向同速旋转双转子永磁同步电机仿真模型，分析了电机内外气隙磁密、反电动势、磁力线分布情况，对电机控制性能影响较大的齿槽转矩进行了分析，通过极槽配合、定子斜槽等方法，削弱了齿槽转矩，改善了电机性能。其次，在削弱了齿槽转矩基础上，本文建立了双转子电机的数学模型。针对电机内外转子负载不平衡情况下导致转速波动的问题，本文设计了一种比较器，有效提升了内外转子负载不平衡情况下电机的控制性能。最后，针对传统矢量控制方法对双转子永磁同步电机进行控制时参数摄动、抗干扰能力差等缺点，本文提出一种单神经元模糊PID控制方法，设计了单神经元模糊PID控制器，利用MATLAB搭建了双转子永磁同步电机控制系统。对传统矢量控制、模糊PID控制、单神经元模糊PID控制的仿真结果进行对比分析，结果表明，采用单神经元模糊PID控制器可以显著提高系统的鲁棒性，使电机控制系统具有更好的动、静态性能和抗干扰能力。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 永磁电机的研究发展状况

1．2．2 双转子永磁电机发展现状

1．2．3 双转子感应电机

1．2．4 双转子轴向磁场永磁电机

1．2．5 双转子径向磁场永磁电机

1．3 论文主要研究内容

1．4 本文章节安排

1．5 本章小结

第二章 双转子永磁同步电机的基本特点及等效磁路模型建立

2．1 双转子永磁同步电机的基本特点

2．1．1 双转子永磁同步电机的基本结构

2．1．2 双转子永磁同步电机的优点

2．1．3 双转子永磁同步电机的缺点

2．2 定子绕组绕线方式

2．3 双转子永磁同步电机的等效磁路模型

2．3．1 双转子永磁同步电机的磁路特点

2．3．2 等效磁路模型

2．3．3 双转子永磁同步电机参数计算

2．4 本章小结

第三章 双转子永磁同步电机性能分析

3．1 双转子永磁电机结构

3．1．1 总体思路与原则

3．1．2 主要尺寸选择

3．1．3 气隙及永磁体尺寸选择

3．1．4 定子绕组定子槽结构选择

3．1．5 转子结构选择

3．2 双转子永磁同步电机的有限元分析

3．2．1 双转子永磁同步电机尺寸确定

3．2．2 双转子永磁同步电机有限元磁场分析

3．3 齿槽转矩的特点与削弱

3．3．1 齿槽转矩产生原理

3．3．2 双转子永磁同步电机齿槽转矩的计算

3．3．3 极槽数配合法对齿槽转矩的削弱

3．3．4 定子斜槽对齿槽转矩的削弱

3．3．5 极弧系数改变对齿槽转矩的削弱

3．3．6 上述削弱齿槽转矩方法选择

3．4 隔磁环对转矩波动的影响

3．5 本章小结

第四章 双转子永磁同步电机矢量控制系统及其仿真

4．1 双转子永磁同步电机的数学模型

4．1．1 坐标变换和变换矩阵

4．1．2 双转子永磁电机的数学模型

4．2 矢量控制原理

4．3 空间矢量脉宽调制技术

4．4 矢量控制系统调节器设计

4．4．1 电流调节器设计

4．4．2 速度调节器设计

4．5 比较器设计

4．5．1 主-从控制分析

4．5．2 控制策略

4．5．3 比较器设计原理

4．6 双转子永磁同步电机矢量控制仿真与分析

4．6．1 双转子永磁同步电机矢量控制系统

4．6．2 仿真实验及其结果分析

4．7 本章小结

第五章 单神经元模糊PID控制器设计

5．1 模糊PID控制

5．1．1 模糊控制系统基本原理

5．1．2 建立模糊控制规则

5．1．3 模糊PID控制器设计

5．1．4 仿真结果分析

5．2 单神经元模糊PID控制

5．2．1 神经网络的结构

5．2．2 神经网络在工业控制领域中的应用

5．2．3 神经元网络学习

5．2．4 单神经元模糊PID控制器设计

5．2．5 控制性能分析

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

参考文献

作者简介

致谢