轮毂盘式无铁心永磁同步电动机无传感器控制研究

摘要

盘式无铁心永磁同步电动机因体积小、功率密度高、动态性能好、特殊场合应用优越性明显等优点已成为轮毂驱动领域的研究热点。本课题主要目的是结合轮毂驱动基本要求，设计适合轮毂驱动的盘式无铁心永磁同步电动机控制系统。针对轮毂电机无位置传感器运行需要，本文设计了基于模糊PI模型参考自适应无位置传感器控制系统。
　　 本文综述了轮毂电机驱动系统的发展历程，分析了盘式无铁心永磁同步电动机的结构和运行原理并对盘式电机轮毂用的可行性进行了分析。然后分析了无铁心结构和Habach阵列对电机控制性能的影响，推导了盘式无铁心永磁同步电动机数学模型。在总结轮毂驱动策略的基础之上，结合轮毂驱动的多轮协调控制需要，选定了转速控制方式下的电机驱动策略。又结合该电机参数线性，数学模型精确特点设计了基于空间矢量调制技术的矢量控制系统。轮毂电机因使用环境恶劣且传感器控制存在固有缺陷而使轮毂电机的无传感器控制成为研究热点。模型参考自适应的原理分析表明其自适应率是个PI调节器，然而因自适应机制的作用过程复杂，PI参数面临难以整定问题。又结合模糊PI调节器参数自整定、控制对象模型不需精确优点，本文设计基于模糊PI模型参考自适应无传感器控制系统，并对该系统进行了仿真研究。为验证系统的有效性，最后以仿真为依据设计了基于DSP的盘式无铁心永磁同步电动机矢量控制系统，并对部分硬件电路进行了Multisim仿真。
　　 仿真和实验结果表明：额定转速设计较高的盘式无铁心永磁同步电动机矢量控制系统满足轮毂驱动基本要求，适合汽车轮毂驱动。改进模型参考自适应因电机模型精确、参数线性和模糊PI固有优点能在无传感器控制中获得理想的控制性能。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 轮毂驱动系统发展综述

1.3 本课题研究目的及意义

1.4 本课题主要研究内容

第二章 轮毂盘式无铁心永磁同步电动机控制策略分析

2.1 盘式无铁心永磁同步电动机原理及用途

2.1.1 盘式无铁心永磁同步电动机运行原理

2.1.2 盘式无铁心永磁同步电动机轮毂用的可行性分析

2.2 盘式无铁心永磁同步电动机性能分析

2.2.1 无铁心结构对电机性能影响

2.2.2 Halbach型转子阵列对电机性能影响

2.3 盘式无铁心永磁同步电动机数学模型

2.3.1 盘式无铁心永磁同步电动机建模分析

2.3.2 盘式无铁心永磁同步电动机三相坐标系下数学模型

2.3.3 盘式无铁心永磁同步电动机d-q轴坐标系下数学模型

2.4 轮毂盘式无铁心永磁同步电动机的驱动策略

2.4.1 轮毂驱动机械特性分析

2.4.2 轮毂电机驱动策略

2.4.3 轮毂盘式无铁心永磁同步电动机转速驱动分析

第三章 轮毂盘式无铁心永磁同步电动机转速控制研究

3.1 轮毂盘式无铁心永磁同步电动机转速控制方法

3.1.1 交流调速系统发展

3.1.2 轮毂盘式无铁心永磁同步电动机转速控制分析

3.2 轮毂盘式无铁心永磁同步电动机矢量控制研究

3.2.1 轮毂盘式无铁心永磁同步电动机矢量控制原理

3.2.2 电压空间矢量调制原理

3.2.3 轮毂用盘式无铁心永磁同步电动机矢量控制仿真

3.3 改进MRAS轮毂盘式无铁心永磁同步电动机控制研究

3.3.1 MRAS基本原理

3.3.2 盘式无铁心永磁同步电动机MRAS的自适应率设计

3.3.3 盘式无铁心永磁同步电动机改进MRAS原理

3.3.4 盘式无铁心永磁同步电动机改进MRAS的控制仿真

第四章 轮毂盘式无铁心永磁同步电动机无传感器控制系统设计

4.1 控制系统硬件电路设计

4.1.1 驱动电路设计

4.1.2 采样电路设计

4.1.3 故障综合电路设计

4.2 控制系统程序设计

4.2.1 主程序设计

4.2.2 中断程序设计

4.2.3 转子初始位置检测

第五章 结论与展望

参考文献

发表论文和科研情况

致谢