基于迭代学习控制的开关磁阻电机转矩脉动最小化控制研究

摘要

开关磁阻电机具有结构简单坚固，制造成本低，工作可靠，控制灵活，运行效率高，适用于高速和恶劣环境下运行等优点。开关磁阻电机传动系统，具有许多交直流传动系统所没有的优点，引起世界各国广泛的研究兴趣。但是，由开关磁阻电机双凸级结构所带来的转矩脉动严重的问题，一直成为制约其进入更多应用领域的主要障碍。如何有效减小开关磁阻电机转矩脉动，逐渐成为国内外学者研究的热点。 本课题将迭代学习控制引入到开关磁阻电机转矩控制中。迭代学习控制具有算法简单，且控制过程不需要预知被控系统模型和参数的特点，用于减小开关磁阻电机的转矩脉动有明显的优势。本课题以TI公司的DSP TMS320F2812为控制核心，设计了转矩控制器实验系统，进行了理论分析和实验研究。 论文首先介绍了开关磁阻电机的发展情况和主要特点，以及在减小转矩脉动方面，国内外目前的研究现状；其次，介绍了开关磁阻电机的本体结构及其线性数学模型，阐述了开关磁阻电机调速系统的基本组成和运行机理，分析了目前通常采用的三种控制策略；第三，对迭代学习控制理论进行了介绍和分析，并对其收敛性情况进行了论证，建立了开关磁阻电机非线性数学模型，采用Matlab中的Simulink对基于迭代学习控制的转矩控制器进行了仿真研究；第四，设计了基于迭代学习控制的开关磁阻电机实际实验系统，对象为一台0．375kW的开关磁阻电机样机，详细说明了该控制策略运用于实际系统的思路和方法，并对硬件电路和软件流程分别进行了说明；最后在实际实验系统设计的基础上，进行了基于迭代学习控制的转矩控制器实验研究，分别给出了电流控制器和转矩控制器的实验结果和波形，并进行了实验结果分析。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 概述

1.1开关磁阻电机发展概述

1.2开关磁阻电机调速系统

1.3 SRM的主要特点

1.4 SRM的转矩脉动和噪声

1.5国内外研究现状

1.6本课题研究的主要内容

第二章 开关磁阻电机调速系统构成和基本控制策略

2.1开关磁阻电机调速系统

2.1.1 SRM的结构

2.1.2 SRD的基本工作原理

2.2 SRM的数学模型

2.3 SRM调速系统(SRD)

2.3.1 SRD的构成

2.3.2 SRD的基本控制策略和转矩脉动情况

第三章 基于迭代学习控制的转矩控制器仿真分析

3.1迭代学习控制

3.1.1迭代学习控制概述

3.1.2迭代学习控制原理

3.1.3迭代学习控制的收敛性与稳定性

3.2 SRM用于仿真研究的非线性数学模型

3.2.1 SRM基本数学方程

3.2.2非线性模型

3.3基于ILC的SRD转矩脉动最小化控制器

3.3.1基于ILC非线性补偿的转矩控制器

3.3.2转矩分配函数

3.3.3系统整体仿真和结果分析

第四章 基于ILC的SRD实际控制系统设计

4.1基于ILC的SRD转矩控制系统设计

4.1.1基于ILC的SRD实际转矩控制系统整体设计

4.1.2基于ILC的高性能电流控制器

4.1.3基于ILC的转矩-电流单元及其与电流控制器的级连

4.2 SRD控制系统硬件设计

4.2.1 SRM本体

4.2.2功率变换器

4.2.3微控制器

4.2.4电流检测

4.2.5滤波及钳位电路

4.2.6位置检测电路

4.3控制系统软件部分

4.3.1软件总体结构

4.3.2 PWM宽范围线性调压的软件控制

4.3.3转矩-电流转换单元子程序

4.3.4基于ILC的电流控制器子程序流程

第五章 实验结果分析

5.1实验总体说明

5.2基于ILC的电流控制器

5.3基于ILC的转矩控制器

5.3.1转矩控制器整体实验系统

5.3.2转矩观测器

5.3.3转矩控制器实验波形和结果分析

第六章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

致 谢