基于小样本磁链特性的开关磁阻电机位置预估方法研究

摘要

开关磁阻电机(SRM)以其简单的结构、灵活的控制方式、较宽的调速范围以及适应恶劣环境等优良性能，在多/全电飞机、电动汽车、风力发电等军民用领域具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。准确的位置信息是SRM高性能控制所必需的，然而位置传感器的存在不仅增加了成本，而且大幅度降低了系统的可靠性，限制了其应用范围。因此，实用的无位置传感器控制方法成为了SRM的研究热点。
　　精确的电磁特性是SRM性能评估以及无位置传感器控制的基础。论文介绍了一种基于转子位置固定的磁链特性和静态转矩特性精确测量方法。通过磁共能法、有限元分析法(FEM)和电感测量法三种方法结果的对比初步验证了该方法的精确性，并根据动态性能的详细对比，对其进行了进一步验证。针对转子位置固定法测量过程较为复杂、测量平台成本高的问题，论文提出了一种基于转矩平衡的新型磁链测量方法。该方法无需任何转子位置传感器，充分利用了SRM结构的对称性，仅采用不同的通电方式，使电机保持在转矩平衡的位置，快速测量出四个转子位置的磁链特性；为了提高测量的精度，论文还详细考虑了互感耦合的影响。通过与转子位置固定法的对比，验证了论文所提转矩平衡法的准确性。
　　针对转矩平衡法获得磁链特性数据样本较少，无法直接建模的问题，论文提出了一种分步建模法。该方法分为两步：数据重构和特性建模。在数据重构阶段，利用支持向量机(SVM)对磁链特性样本进行扩充；在特性建模阶段，用BP神经网络(BPNN)对磁链特性和计算得到的转矩特性进行建模。在此基础上，在Matlab中建立了SRM样机的仿真模型。通过不同工况下仿真结果与实验的对比，验证了建模方法的有效性和准确性。论文还讨论了转矩平衡法和分步建模法对其他拓扑结构电机的适用性。
　　基于小样本磁链特性，论文提出一种新型位置预估方法。在该方法中，磁链特性被分为两个区域，分别利用线性磁链模型和一元线性回归分析预估这两个区域的位置。为了进一步提高位置预估精度，提出了一种多相预估策略，根据不同的情况自动选择最优估计相进行预估。不同工况下的仿真和实验结果验证了所提方法的可行性和准确性。该方法可有效避免互感耦合、磁路饱和对位置预估精度的影响，且具有抗干扰能力强、适用范围广的优点。论文还讨论了开路故障以及静态转子偏心故障的影响，表明了该方法具有较强的容错性。

目录

第一章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 SRM驱动系统概述

1.3 SRM无位置传感器控制研究现状

1.4 论文的主要研究内容

第二章 基于转矩平衡的磁链特性快速测量

2.1 引言

2.2 转子位置固定法

2.3 转矩平衡法

2.4 本章小结

第三章 基于小样本磁链特性的SRM建模

3.1 引言

3.2 直接建模法

3.3分步建模法

3.4 SRM驱动系统建模

3.5 实验验证和适用性讨论

3.6 本章小结

第四章 基于小样本磁链特性的位置预估

4.1 引言

4.2 新型位置预估方法原理

4.3 仿真及实验验证

4.4 讨论

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间的科研成果

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