間接檢測開關(guān)磁阻電機(jī)位置信號設(shè)計(jì)方案

開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì) 摘要：開關(guān)磁阻電機(jī)（srm）的模型是進(jìn)行srm的仿真和性能 預(yù)測、控制算法設(shè)計(jì)等研究的基礎(chǔ)。該項(xiàng)目所用500?w電機(jī)模型是 在matlab平臺(tái)下基于srm的物理特性所建立的srm查找表模 型，并基于該模型，建立了srm仿真系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞：開關(guān)磁阻電機(jī)模型仿真系統(tǒng)srm 1開關(guān)磁阻電機(jī)的建模問題 開關(guān)磁阻電機(jī)的非線性使其性能的精確分析和計(jì)算較為困難。由 于srm電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子采用雙凸極結(jié)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)其定、轉(zhuǎn) 子極身存在著顯著的邊緣效應(yīng)和高度局部飽和，從而引起了整個(gè)磁路 的高度非線性，其每相繞組的電感是電流和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置角的非線 性函數(shù)，很難準(zhǔn)確建立srm電機(jī)的非線性電感模型，因此如何建立 比較精確的srm電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，是國內(nèi)外廣大學(xué)者一直研究的問 題。 2srm模型數(shù)據(jù)的獲取 目前，關(guān)于srm電

以四相8/6極、5.5kw開關(guān)磁阻電機(jī)為研究對象,以tms320f240型dsp為控制器核心,采用最少開關(guān)器件的功率變換器主電路,主功率開關(guān)器件選用igbt,設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠,調(diào)速性能優(yōu)良。

開關(guān)磁阻電機(jī)(srm)的模型是進(jìn)行srm的仿真和性能預(yù)測、控制算法設(shè)計(jì)等研究的基礎(chǔ)。該項(xiàng)目所用500w電機(jī)模型是在matlab平臺(tái)下基于srm的物理特性所建立的srm查找表模型,并基于該模型,建立了srm仿真系統(tǒng)。

介紹了單神經(jīng)元自適應(yīng)pid算法原理,提出了以單神經(jīng)元自適應(yīng)pid控制算法為核心的四相8/6極開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)。以mcs80c196kc單片機(jī)作為控制器,對調(diào)速系統(tǒng)的硬件電路和軟件部分進(jìn)行了設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了單神經(jīng)元pid自適應(yīng)控制算法在開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速中的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)證明,該控制算法有助于改善開關(guān)磁阻電機(jī)的調(diào)速性能。

通過結(jié)合開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的兩種控制方式——電流斬波控制和角度位置控制,在matlab/simulink的環(huán)境下建立仿真模型,使得開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)速能在0~10000r/min的寬范圍內(nèi)進(jìn)行平滑調(diào)節(jié)。仿真結(jié)果表明,該仿真模型設(shè)計(jì)較為合理,對轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)能夠達(dá)到預(yù)期效果。

為抑制開關(guān)磁阻電機(jī)(srm)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),從電機(jī)設(shè)計(jì)和控制的角度出發(fā)都需要快速、正確地獲取其磁鏈和轉(zhuǎn)矩模型。本文根據(jù)srm磁鏈隨角度、電流的變化特點(diǎn),取6個(gè)特殊轉(zhuǎn)子位置處的磁鏈數(shù)據(jù),用七次多項(xiàng)式函數(shù)來建立srm磁鏈模型和轉(zhuǎn)矩模型,與有限元計(jì)算結(jié)果對比表明,所提方法具有快速和準(zhǔn)確性。

開關(guān)磁阻電機(jī)剛性連接壓力機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)有過載情況發(fā)生。在分析打擊瞬時(shí)螺旋壓力機(jī)螺桿扭矩的基礎(chǔ)上,提出等強(qiáng)度原則,推出了電機(jī)軸側(cè)的扭矩及過載倍數(shù)的計(jì)算公式,并給出了過載數(shù)據(jù)。提出解決過載問題的措施,是在剛性傳動(dòng)時(shí)增設(shè)摩擦安全聯(lián)接裝置,能有效避免電機(jī)軸過載。結(jié)論對開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓力機(jī)設(shè)計(jì)具有重要意義。

開關(guān)磁阻電機(jī)研究的 背景及意義 一、項(xiàng)目目的與意義 開關(guān)磁阻電機(jī)設(shè)計(jì)及其在礦山機(jī)械中的應(yīng)用研究項(xiàng)目屬于《國家 中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）》中工業(yè)節(jié)能（機(jī)電產(chǎn) 品節(jié)能）、基礎(chǔ)件和通用部件的重點(diǎn)支持領(lǐng)域，同時(shí)符合《湖南省加 快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)總體規(guī)劃綱要》高效節(jié)能制造產(chǎn)業(yè)中節(jié) 能電機(jī)重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(srd)調(diào)速系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)和電力電子技術(shù)的 控制器及開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的新型調(diào)速系統(tǒng)，由開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)與微機(jī) 智能控制器兩個(gè)部分組成。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的突出特點(diǎn)是效 率高、節(jié)能效果好、調(diào)速范圍廣、無啟動(dòng)沖擊電流、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、控 制靈活，此外還具有結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固可靠、成本低等優(yōu)點(diǎn)。除可以取 代已有的電氣傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)(如直流調(diào)速系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng))外，開 關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)還十分適用于礦山井下機(jī)電設(shè)備需要重載啟 動(dòng)、頻繁啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)

在簡要介紹和分析開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(srd)的各個(gè)組成部分的基礎(chǔ)上,在matlab/simulink中,分別構(gòu)建了各個(gè)部分的仿真模型,并介紹了模塊的功能及工作原理。將每個(gè)仿真模型連接構(gòu)成srd的系統(tǒng)仿真模型。系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制:速度環(huán)采用pi控制,電流環(huán)采用角度位置控制與電流斬波控制相結(jié)合的方法,保證了開關(guān)磁阻電機(jī)(srm)在低速或高速運(yùn)行時(shí)都可獲得滿意的性能。仿真結(jié)果證明了pi調(diào)節(jié)的無偏差速度調(diào)節(jié)的有效性。

針對單極性勵(lì)磁時(shí)四相8/6結(jié)構(gòu)分塊轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)的定子磁通沖突問題,把雙極性勵(lì)磁方法應(yīng)用于四相8/6結(jié)構(gòu)分塊轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī),基于2d有限元建立雙極性分塊轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)的場路耦合模型,計(jì)算雙極性分塊轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)的電流、轉(zhuǎn)矩及銅耗,并在(r,θ)坐標(biāo)系中細(xì)致描述定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心特征區(qū)域的磁密周期性變化規(guī)律,最后應(yīng)用雙頻法分離鐵損獲得鐵心的渦流損耗和磁滯損耗。計(jì)算結(jié)果表明,與同等雙極性勵(lì)磁的8/6結(jié)構(gòu)雙極性普通開關(guān)磁阻電機(jī)相比,8/6結(jié)構(gòu)雙極性分塊轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大,但銅耗減小約32%,鐵耗減小約35%。

功率變換器是開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)重要組成部分,也是較容易出現(xiàn)故障的機(jī)構(gòu)之一,長期故障運(yùn)行必將對整個(gè)系統(tǒng)造成損壞。本文以不對稱半橋型功率變換器為研究對象,基于電機(jī)正常運(yùn)行與故障運(yùn)行時(shí)直流母線電流、相電流的不同表現(xiàn)提取故障特征量,并結(jié)合功率元件通斷狀態(tài)進(jìn)行綜合分析,提出一種開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器的故障檢測方案。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果,表明該檢測方案在高速、低速運(yùn)行時(shí)可快速準(zhǔn)確地診斷出故障相、判斷出故障類型、及時(shí)定位出故障元件,節(jié)省了電流傳感器數(shù)目,具有較高的可靠性。

i 開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（switchedreluctncedrive，簡稱srd）是由開關(guān)磁阻電動(dòng) 機(jī)、電力電子開關(guān)電路及驅(qū)動(dòng)控制部分組成的高性能調(diào)速系統(tǒng)。開關(guān)磁阻電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡 單堅(jiān)固、成本低、容錯(cuò)能力強(qiáng)、調(diào)速范圍寬、低速轉(zhuǎn)矩大、起動(dòng)電流小、轉(zhuǎn)速精度高、耐 高溫、可頻繁起動(dòng)制動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，又在高度發(fā)展的電力電子和微機(jī)控制技術(shù)的支持下獲得了 良好的可控性能。因此，開關(guān)磁阻電機(jī)在驅(qū)動(dòng)調(diào)速領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 本文首先介紹了課題研究背景和意義。給出了開關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)的組成、運(yùn)行原 理和控制方式。給出了開關(guān)磁阻電機(jī)的控制策略。在matlab/simulink交互式仿真集成環(huán) 境下，對開關(guān)磁阻控制系統(tǒng)進(jìn)行了建模、仿真及分析。接著，給出了開關(guān)磁阻控制系統(tǒng)的 硬件、軟件設(shè)計(jì)方案。主要包括：dsptms320lf2407最小系統(tǒng)、位置檢測電路、電

針對開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)器件在工作過程中,會(huì)產(chǎn)生大的電磁干擾和大的功率損耗問題,提出了一種基于新型電容分壓并聯(lián)諧振直流環(huán)的功率變換電路拓?fù)?。該電路是在傳統(tǒng)的硬開關(guān)不對稱逆變橋的各開關(guān)器件上并聯(lián)緩沖電容,實(shí)現(xiàn)對相開關(guān)的零電壓關(guān)斷;同時(shí),在直流母線上加入一個(gè)由二個(gè)電感與一個(gè)電容為主要組成元件的諧振環(huán),通過對此諧振環(huán)中諧振開關(guān)的合理控制,即可實(shí)現(xiàn)對相開關(guān)的零電壓開通及對諧振開關(guān)的零電流或零電壓軟通斷。通過對功率電路工作原理和動(dòng)作模式過程的分析,得出需滿足的軟開關(guān)條件。具有此諧振環(huán)的軟開關(guān)變換器,有效區(qū)間大、功率損耗小,因而提高了開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的效率和性能。用matlab仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此電路的正確性與有效性。

為探索磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)高性能無傳感器控制,研究了一種基于最小二乘支持向量機(jī)的轉(zhuǎn)子位移/位置觀測器設(shè)計(jì)方法。該方法在對磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行狀態(tài)空間變換的基礎(chǔ)上,采用最小二乘支持向量機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子位移/位置觀測器。闡述了觀測器設(shè)計(jì)原理,對觀測器的穩(wěn)定性進(jìn)行分析,給出了觀測器離線訓(xùn)練和在線學(xué)習(xí)的實(shí)施步驟。最后通過仿真和實(shí)驗(yàn)對所提方法進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)觀測器具備較好的觀測效果,能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地觀測出轉(zhuǎn)子位移和位置,從而可實(shí)現(xiàn)無傳感器控制。

e形分塊定子srm各定子塊間磁路隔離,容錯(cuò)能力強(qiáng),具有重要的應(yīng)用價(jià)值。本文將e形分塊定子srm各個(gè)獨(dú)立的定子塊作為單元,推導(dǎo)了e形分塊定子srm主體尺寸的計(jì)算公式,探析并建立了繞組匝數(shù)及其他主要尺寸的選取規(guī)則,完成了e形分塊轉(zhuǎn)子srm的電磁計(jì)算,并通過磁路和電路的耦合計(jì)算對e形分塊定子srm的穩(wěn)態(tài)電流及轉(zhuǎn)矩等性能進(jìn)行了仿真分析,仿真結(jié)果驗(yàn)證了e形分塊定子srm電磁設(shè)計(jì)方法的有效性。

五相開關(guān)磁阻電機(jī)(srm)相對于常用的三相、四相srm來說其技術(shù)難度較大,但轉(zhuǎn)矩波動(dòng)更小,運(yùn)行更加平穩(wěn)。結(jié)合近期實(shí)際研制的一種1.1kw五相srm調(diào)速系統(tǒng)(以下簡稱1.1kw系統(tǒng))闡述了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)時(shí)的一些要點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用證明該系統(tǒng)收到了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

以tms320f2407dsp為核心控制器,設(shè)計(jì)了一種性能優(yōu)良的開關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng).其控制電路主要包括主控模塊、電流檢測模塊、位置傳感器模塊、串口電路、故障檢測和保護(hù)電路等;采用不對稱橋式撲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了功率變換器及其驅(qū)動(dòng)電路模塊;采用速度和電流雙閉環(huán)的形式,完成對開關(guān)磁阻電機(jī)的控制.

介紹了以tms320f2407芯片為核心的高性能數(shù)字化srd控制器的設(shè)計(jì),給出了硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)策略,并對其中功率變換器的設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)給出了詳細(xì)說明。本系統(tǒng)具有良好的調(diào)速性能和控制特性。

開關(guān)磁阻電機(jī)作為一種新興電機(jī),得到了廣泛的應(yīng)用,但是它的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問題制約了電機(jī)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。因此,如何減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)成為開關(guān)磁阻電機(jī)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一,為了優(yōu)化電機(jī)動(dòng)態(tài)性能,國內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究,并提出了很多解決方案,概括起來分為兩種：一是改進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu),二是采用合適的控制技術(shù)。文章主要從這兩方面來闡述減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法。

開關(guān)磁阻電機(jī)是由功率變換器電路、雙凸極磁阻電機(jī)及其控制器組成的新型機(jī)電一體化調(diào)速電動(dòng)機(jī)系統(tǒng),其性能優(yōu)越,發(fā)展前景廣闊。

開關(guān)磁阻電機(jī)(srm)由于其顯著的特點(diǎn)而得到業(yè)界廣泛關(guān)注。但實(shí)際應(yīng)用中,srm所占市場份額不多。主要原因是幾乎所有的功率器件集成模塊都是基于變頻器主電路研發(fā)和制造的,srm專用的功率集成模塊幾乎沒有,srm主電路簡單的優(yōu)勢體現(xiàn)不出來。研究基于單個(gè)功率模塊的srm系統(tǒng),分析其工作模式、換相情況及應(yīng)用場合。采用單個(gè)功率模塊,其驅(qū)動(dòng)和控制電路在價(jià)格上與變頻器相當(dāng),為srm的廣泛應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的支持。仿真和試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性和實(shí)用性。

提出了一種新型結(jié)構(gòu)無軸承開關(guān)磁阻電機(jī),其結(jié)構(gòu)簡化,運(yùn)行過程中不需要切換控制繞組,降低了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。分析了該電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和懸浮原理,并基于有限元計(jì)算法對新型結(jié)構(gòu)電機(jī)和常規(guī)結(jié)構(gòu)電機(jī)進(jìn)行了比較,包括:1)兩種電機(jī)在旋轉(zhuǎn)過程中轉(zhuǎn)子徑向氣隙磁密分布、徑向力產(chǎn)生情況以及產(chǎn)生懸浮力的同時(shí)對靜態(tài)輸出轉(zhuǎn)矩的影響;2)比較了控制繞組通電電流變化時(shí)產(chǎn)生徑向力情況及對靜態(tài)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的影響。性能分析及比較結(jié)果表明,新型結(jié)構(gòu)無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)具有優(yōu)良的懸浮與旋轉(zhuǎn)性能,研究結(jié)果為該電機(jī)的進(jìn)一步建模及運(yùn)行控制建立了基礎(chǔ)。