双边开关磁阻直线电机无位置传感器控制系统研究

摘要

双边开关磁阻直线电机（Double-sided Linear Switched Reluctance Motor，DLSRM）的定子和动子均为凸极式齿槽结构，由普通硅钢片叠压而成。动子没有线圈，具有结构简单坚固、成本低、适应高温及恶劣环境等优点。但是电机运行时需要实时获取动子位置信息，在系统中采用位置传感器不仅会增加系统的复杂程度，而且会降低系统在恶劣环境中的适应能力。因此，利用电压、电流提供的信息通过改进型简化磁链法估算动子位置则可以提高系统的可靠性。 本文首先介绍了DLSRM的结构、直线电机种类以及几种常见的直线电机无位置传感器位置估算方法，并对比了各种直线电机、无位置传感器位置估算方法的优缺点。其次，介绍了DLSRM的控制方式，阐述了初始导通相判断、简化磁链位置估算法以及绕组内阻修正的原理。在分析了两种常见的获得开关磁阻电机磁链方法的基础上，给出了实测二维、三维磁链-电流-位置曲线以及对齐位置处的磁链-电流曲线。然后在DLSRM无位置传感器电动、发电控制原理的基础上对 DLSRM 进行了无位置传感器控制下的系统非线性建模。在数学工具Matlab/Simulink中，建立了系统的控制器模块、功率变换器模块、位置估算模块、绕组内阻值修正模块、速度计算模块、电磁推力计算模块，并给出了DLSRM简化磁链法无位置传感器控制的仿真结果。再次，详细介绍了包括控制器、功率变换器、检测电路、驱动电路的原理及各部分电路器件的选型。在控制程序上，从DLSRM 电动运行与发电运行两个方面分别给出了无位置传感器控制程序流程，并详细介绍了包括初始导通相判断、速度估算、估算速度显示各部分的算法。最后利用搭建的硬件平台完成了以下三项研究：电动运行、发电运行时查表磁链值所乘系数对关断位置的影响；通过改变预存绕组内阻值，验证改进型简化磁链法用于动子位置估算的准确性；依次进行了不同工况下电动运行、发电运行无位置传感器闭环控制，并给出了电动运行、发电运行的位置估算误差分析。仿真与实验的结果表明，改进型简化磁链位置估算法具有较高的精度且灵活实用。 双边开关磁阻直线电机（Double-sided Linear Switched Reluctance Motor，DLSRM）的定子和动子均为凸极式齿槽结构，由普通硅钢片叠压而成。动子没有线圈，具有结构简单坚固、成本低、适应高温及恶劣环境等优点。但是电机运行时需要实时获取动子位置信息，在系统中采用位置传感器不仅会增加系统的复杂程度，而且会降低系统在恶劣环境中的适应能力。因此，利用电压、电流提供的信息通过改进型简化磁链法估算动子位置则可以提高系统的可靠性。 本文首先介绍了DLSRM的结构、直线电机种类以及几种常见的直线电机无位置传感器位置估算方法，并对比了各种直线电机、无位置传感器位置估算方法的优缺点。其次，介绍了DLSRM的控制方式，阐述了初始导通相判断、简化磁链位置估算法以及绕组内阻修正的原理。在分析了两种常见的获得开关磁阻电机磁链方法的基础上，给出了实测二维、三维磁链-电流-位置曲线以及对齐位置处的磁链-电流曲线。然后在DLSRM无位置传感器电动、发电控制原理的基础上对 DLSRM 进行了无位置传感器控制下的系统非线性建模。在数学工具Matlab/Simulink中，建立了系统的控制器模块、功率变换器模块、位置估算模块、绕组内阻值修正模块、速度计算模块、电磁推力计算模块，并给出了DLSRM简化磁链法无位置传感器控制的仿真结果。再次，详细介绍了包括控制器、功率变换器、检测电路、驱动电路的原理及各部分电路器件的选型。在控制程序上，从DLSRM 电动运行与发电运行两个方面分别给出了无位置传感器控制程序流程，并详细介绍了包括初始导通相判断、速度估算、估算速度显示各部分的算法。最后利用搭建的硬件平台完成了以下三项研究：电动运行、发电运行时查表磁链值所乘系数对关断位置的影响；通过改变预存绕组内阻值，验证改进型简化磁链法用于动子位置估算的准确性；依次进行了不同工况下电动运行、发电运行无位置传感器闭环控制，并给出了电动运行、发电运行的位置估算误差分析。仿真与实验的结果表明，改进型简化磁链位置估算法具有较高的精度且灵活实用。

目录

第一个书签之前