无轴承开关磁阻电机的减振降噪控制策略研究

摘要

无轴承开关磁阻电机(BSRM)集驱动与悬浮于一体，集成度高、结构简单坚固、控制灵活、容错性强及高速运行等优良特点，使得BSRM在高速驱动领域应用前景广阔。BSRM是一种特殊的开关磁阻电机(SRM)，与SRM相似同样存在着电磁振动与噪声等难题。无轴承技术于SRM上应用，主动控制定转子齿极间不对称的径向磁拉力，有效抑制SRM振动与噪声。
　　为了抑制BSRM的电磁振动与噪声，本文主要研究了双绕组BSRM减振降噪控制技术，主要工作如下：
　　首先，在考虑转子偏移情况下，基于虚位移法推导了电机的数学模型，基于麦克斯韦应力法得到定子极受力的数学模型，为抑制BSRM振动策略的提出提供必要的理论依据。通过有限单元法对定子进行模态分析，获得定子振动模态及相应固有振动频率。求解定子极受到径向磁拉力作用激发的振动响应。
　　其次，以定子极所受径向力最小为约束条件，详述双绕组BSRM减振控制策略，分析控制参数计算方法。针对绕组换相时径向力突变激发的振动，将两步换相技术引入到双绕组BSRM减振控制策略中，制定两步换相带来额外负转矩的补偿方案。
　　随后，针对双绕组BSRM转矩脉动引起传动轴上器件低频共振问题，阐述了双绕组BSRM直接转矩控制策略(DTC)的基本原理。双绕组BSRM的DTC策略以转矩为直接控制对象，有效抑制电机转矩的脉动，减小电机低频的噪声。接着分析了双绕组BSRM的DTC策略对振动特性影响，指出了DTC策略在减振降噪目的下的应用场合。
　　最后，为了改善双绕组BSRM在换相时刻径向力突变问题，采用双相导通合理分配各相绕组电流产生的悬浮力。在运行过程中，使得定子极所受的径向力平滑变化来减小电机的电磁振动与噪声。
　　基于上述研究，本文基于Matlab/Simulink模块，搭建双绕组BSRM系统仿真平台进行实验，通过相应的仿真验证所提出控制策略减振降噪的有效性。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 无轴承电机研究背景与研究概况

1.2 开关磁阻电机

1.3 无轴承开关磁阻电机的研究概况

1.4 本课题研究背景与研究现状

1.5 本文的主要内容

第二章 双绕组BSRM模型与定子振动基本理论

2.1 双绕组BSRM悬浮运行机理

2.2 双绕组BSRM的数学模型

2.3 双绕组BSRM定子极径向力建模

2.4 电机定子振动特性分析

2.5 本章小结

第三章 双绕组BSRM减振控制策略

3.1 双绕组BSRM减振控制策略

3.2 双绕组BSRM两步换相减振策略

3.3本章小结

第四章 双绕组BSRM的DTC策略对定子振动特性影响

4.1 双绕组BSRM的DTC策略基本原理

4.2 双绕组BSRM的DTC策略仿真验证

4.3 DTC策略对定子振动特性的影响分析

4.4本章小结

第五章 双绕组BSRM双相导通控制策略

5.1 双绕组BSRM双相导通控制策略基本原理

5.2 系统仿真分析

5.3.本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2 工作展望

参考文献

附录 攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢