啮合电动机非线性建模与优化控制技术研究

摘要

微型大扭矩啮合电动机把减速器与伺服电机结合一体，是一种新型的磁阻类电机。啮合电动机自身的结构及运行特点决定了其机电特性和控制方式与传统电机存在着明显的不同，本文从建模、转矩脉动抑制和控制方法研究三个方面对其进行研究。
　　 建立啮合式电机的模型是提高其系统控制性能的关键。本文在实际测量电机磁链及转矩特性的基础上，通过拟合磁化曲线得到磁链的非线性解析式，运用虚位移原理计算啮合电动机的矩角特性，并将自适应的模糊神经网络用于啮合电动机的建模中，获得了良好的效果。仿真结果表明，此方法对分析啮合电动机及其驱动系统在各种控制方式下的运行性能具有一定的参考价值。为实现系统参数优化，控制策略研究，系统动、静态性能分析，创造了条件。
　　 转矩脉动严重是啮合电动机存在的突出问题，本文分析了续流方式和开关角对转矩脉动的影响，设计了基于优化电流波形的瞬时转矩控制方案，根据转矩分配函数对各项转矩进行分配，利用模糊神经网络实时优化出期望转矩所需要的相电流波形，从而实现啮合电动机的低转矩脉动控制。
　　 减小转矩脉动通常是以降低系统效率为代价的，本文提出了既能减小转矩脉动又能优化系统效率的啮合电动机高性能系统的设计方案，通过选择换相点以使系统运行在效率最高点，并用转矩分配函数优化电流波形，仿真结果验证了方案的有效性。
　　 啮合电动机磁路高度饱和以及变量的严重非线性导致传统的控制方法无法达到理想的动态性能指标。本文将模糊控制引入啮合电动机的控制中，用以改善系统的动态性能，针对常规模糊控制存在的稳态误差问题，提出了可变论域的方法，适合啮合电机的高精度控制。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 论文研究背景

1.1.1 磁阻电动机的发展概况

1.1.2 啮合电动机设计思想的提出

1.2 目前国内外研究现状

1.2.1 啮合电动机非线性模型的研究现状

1.2.2 啮合电动机的控制技术研究现状

1.3 本文研究内容

第二章 啮合电动机非线性建模研究

2.1 概述

2.2 磁阻类电机的基本方程

2.3 快速非线性建模方法分析

2.3.1 模型构建

2.3.2 磁链模型的构建与应用

2.3.3 性能仿真

2.4 基于ANFIS的啮合电动机转矩模型

2.4.1 T—S模型

2.4.2 基于T—S模型的自适应模糊神经网络

2.4.3 啮合电动机转矩特性

2.4.4 ANFIS的结构及其算法

2.5 本章小结

第三章 啮合电动机转矩脉动抑制

3.1 概述

3.2 啮合电动机转矩脉动分析

3.2.1 转矩分析

3.2.2 转矩脉动频率

3.3 影响转矩脉动的因素

3.3.1 两种续流方式对转矩脉动的影响

3.3.2 开通角与关断角对转矩脉动的影响

3.4建立基于ANFIS的啮合电动机逆转矩模型

3.5 基于瞬时转矩控制实现减小转矩脉动

3.5.1 转矩分配函数的确定

3.5.2 瞬时转矩控制系统

3.5.3 仿真结果

3.6 本章小结

第四章 系统性能研究

4.1 引言

4.2 系统的改进

4.2.1 位置检测

4.2.2 相电流检测

4.3 续流方式对系统性能的影响

4.3.1 对两种续流方式输出转矩的分析

4.3.2 基于非线性模型的两种续流方式研究

4.4 控制角度对系统性能的影响

4.5 高性能系统研究

4.5.1 各相转矩相互间关系

4.5.2 换相策略

4.5.3 高性能系统研究

4.5.4 仿真结果

4.6 本章小结

第五章 针对啮合电动机转速的模糊控制

5.1 引言

5.2 啮合电动机模糊控制系统

5.2.1 系统原理

5.2.2 精确量的模糊化

5.2.3 语言变量的选取及论域上的模糊子集

5.2.4 模糊控制器的控制规则

5.2.5 输出信息的模糊判决

5.2.6 量化因子、比例因子对系统性能的影响

5.2.7 仿真结果

5.3 采用可变论域的模糊控制改善啮合电动控制系统性能

5.4 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

致 谢

硕士期间发表论文