双边开关磁阻直线发电机无位置传感器发电控制研究

摘要

双边型开关磁阻直线发电机（DSRLG）具有结构简单坚固、成本低、容错率高、适应能力强等优点，特别适合应用在恶劣的环境中。该发电机在运行过程中需要利用动子的位置信息，若使用位置传感器来获取位置信息，会增加整个发电系统的体积，增加系统的复杂程度，无法发挥出DSRLG的优势，而使用无位置传感器的控制方式，可以避免这种问题。本文首先分析了几种开关磁阻电机无位置传感器控制的方法，并对这几种方法进行对比。其次研究了DSRLG发电运行的基本原理，并对本文所使用的硬件实验平台进行了介绍。随后介绍了一种无位置传感器全导通控制的方法，这种方法无需考虑动子的位置信息，并且不需要考虑电机的启动过程，只需要对绕组上的相电流进行斩波控制。研究全导通控制方法时，在MATLAB/Simulink软件中建立DSRLG系统的模型，在模型上进行仿真，并在实验平台上进行实验，验证了全导通控制方式的可行性。在进一步研究无位置传感器控制中，提出了一种基于线性磁链段估测位置的方法，并且在全导通控制的基础上，对这种方法进行了改进，使用一元线性回归方程来得到动子位置与采样序列号之间的关系，同时在一个周期里，利用两段线性磁链部分来估测位置，仿真和实验结果的对比，证明了这种优化方式可以有效提高位置估测的准确性。在全导通和位置估测的基础上，提出了一种无位置传感器混合控制的方法。这种混合控制的方法基于一相绕组的全导通控制，利用全导通相来估测动子的位置，将位置信息用于常规相绕组的位置控制中。通过仿真与实验结果的对比，验证了这种混合控制方法的可行性。同时将混合控制方法与全导通控制方法进行对比，总结了这两种控制方法各自的优缺点。

目录

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致谢

变量注释表

1 概述

1.1课题研究背景

1.2直线发电机研究现状

1.3开关磁阻直线电机无位置传感器控制方法

1.4本文主要研究内容

2 DSRLG系统基本原理与硬件平台

2.1引言

2.2 DSRLG基本运行原理

2.2.1 DSRLG系统电路拓扑

2.2.2 DSRLG发电过程分析

2.2.3 DSRLG发电控制方式

2.3硬件实验平台

2.3.1硬件平台框图

2.3.2控制板电路

2.3.3功率变换器主电路

2.3.4驱动电路

2.3.5检测电路

2.3.6电机几何尺寸

2.3.7硬件实验平台实物图

2.4本章小结

3 DSRLG无位置传感器三相全导通发电控制研究

3.1引言

3.2 DSRLG全导通发电控制原理

3.2.1全导通发电控制基本原理

3.2.2全导通发电电压闭环控制

3.3全导通发电控制建模与仿真

3.3.1绕组计算模块

3.3.2 发电系统功率变换器模块

3.3.3控制器模块

3.4仿真结果与分析

3.4.1有位置传感器发电仿真结果

3.4.2无位置传感器全导通控制仿真

3.5实验结果与分析

3.5.1有位置传感器发电实验结果

3.5.2无位置传感器全导通控制实验结果

3.5.3电压纹波

3.6本章小结

4 基于磁链线性段的DSRLG位置估测方法研究

4.1引言

4.2基于磁链线性段进行位置估测的方法

4.2.1磁链位置估测法

4.2.2基于磁链线性段的位置估测方法

4.3对磁链非线性段动子位置估测方法的改进

4.3.1利用一元线性回归方程进行位置估测

4.3.2利用两段线性磁链部分进行位置估测

4.4基于磁链线性段进行位置估测的建模与仿真

4.4.1位置估算模块

4.4.2位置估测仿真结果

4.5位置估测实验

4.5.1磁链测量

4.5.2实验结果与分析

4.6本章小结

5 基于一相全导通DSRLG无位置传感器发电控制研究

5.1引言

5.2基于一相全导通的发电控制策略

5.3混合控制仿真研究与分析

5.3.1电压开环混合控制仿真研究与分析

5.3.2电压闭环混合控制仿真研究与分析

5.3.3混合控制发电效果优化

5.4混合控制实验

5.4.1电压开环混合控制实验

5.4.2电压闭环混合控制实验

5.4.3优化后混合控制实验

5.4.4不同控制方式对比

5.5本章小结

6 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

作者简历

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