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EPS用开关磁阻电动机及其控制系统的研究

作　者: 许艳梅
导　师: 李伟; 张栋省
学　校: 重庆交通大学
专　业: 车辆工程
关键词: 电动助力转向开关磁阻电动机电机设计有限元分析仿真分析
分类号: U463.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

电动助力转向系统（EPS）具有节能、环保、主动安全性高的优点，在轿车领域得到了广泛的应用。为了提高EPS的性能，其关键部件电动机成为了研究的热点。开关磁阻电动机是一种新型的机电一体化驱动系统，具有结构简单、体积小、出力大等一系列优点，作为车载电机具有广阔的应用前景。本文针对EPS系统，对其开关磁阻电动机进行了研究，主要工作包括：电机的结构设计、电机的优化分析与性能计算、控制系统的设计与仿真。首先，根据某一固定车型EPS用助力电机的匹配要求，初步设计了一台500W的开关磁阻电动机。依据电机设计的经验公式初步确定电机的结构尺寸，选择导磁性能较好的冷轧硅钢片DW360-50作为电机定、转子的材料。其次，在初步设计的基础之上，应用Ansoft软件对电动机进行优化分析与性能计算。（1）应用Ansoft/RMxprt软件对电机的定转子外径、极弧系数、轭的厚度、绕组匝数等参数进行了分析计算，选择了额定功率、额定转速、效率等性能参数最优的一种结构尺寸方案。（2）应用Ansoft/Maxwell2D软件对电机进行了静态分析和瞬态分析。静态分析得出了电机的静态特性；瞬态分析得出了电机在额定工况下的性能参数，该参数与RMxprt计算的结果进行比较，差别很小，验证了电机的结构设计是合理的。EPS控制系统的设计主要包括以下两个方面：（1）参考相关的试验数据，设计出曲线型的助力特性，能够得到不同车速和方向盘转矩下所需要的助力矩。（2）根据期望力矩设计出开关磁阻电动机转矩控制系统。其中转矩调节器采用查表的方法，根据电机的矩角特性得出期望转矩所对应的期望电流；电流内环控制策略采用滞环控制。最后，应用Simplorer软件和Matlab/Simulink软件建立了整个控制系统的仿真模型。仿真结果表明设计的开关磁阻电动机能够达到所需要的助力效果，同时验证了本文设计的电机结构和控制系统是合理的。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-17
  1.1 课题的研究背景及意义  8-9
  1.2 电动助力转向系统的概述  9-11
    1.2.1 电动助力转向系统的结构特点  9-11
    1.2.2 电动助力转向系统的发展与应用现状  11
  1.3 EPS 用助力电机的概述  11-13
  1.4 开关磁阻电动机的概述  13-16
    1.4.1 开关磁阻电动机的结构与工作原理  13-14
    1.4.2 开关磁阻电动机的研究情况  14-16
  1.5 本文的主要研究内容  16-17
第二章 EPS 用开关磁阻电动机的初步设计  17-25
  2.1 开关磁阻电动机的结构选择  17-18
  2.2 EPS 用助力电机参数的匹配  18-20
    2.2.1 电机尺寸选择  18-19
    2.2.2 电机输出转矩要求  19
    2.2.3 电机输出转速要求  19-20
  2.3 电机的电磁负荷和主要尺寸  20-24
    2.3.1 电磁负荷  20
    2.3.2 电机的主要尺寸  20-21
    2.3.3 电机的其他结构尺寸  21-24
  2.4 电机材料的选择  24-25
第三章开关磁阻电动机的优化设计与性能计算  25-44
  3.1 开关磁阻电动机的优化设计  25-34
    3.1.1 Ansoft/RMxprt 软件的介绍  25
    3.1.2 电机的结构参数对电机性能的影响  25-26
    3.1.3 SRM 电机性能参数的约束条件  26-27
    3.1.4 RMxprt 电机模型的建立和计算  27-29
    3.1.5 电机的参数化分析  29-34
  3.2 开关磁阻电动机的性能计算  34-44
    3.2.1 Maxwell2D 模块的介绍  34-35
    3.2.2 开关磁阻电动机的静态特性  35-38
    3.2.3 SRM 电机的静态分析  38-41
    3.2.4 SRM 电机的瞬态分析  41-44
第四章 EPS 用开关磁阻电动机控制系统的设计  44-59
  4.1 EPS 系统的控制策略  44-46
    4.1.1 EPS 系统的控制模式  44-45
    4.1.2 EPS 系统的控制算法  45
    4.1.3 本文采取的控制策略  45-46
  4.2 EPS 系统的助力特性  46-52
    4.2.1 助力特性的概念和要求  46-47
    4.2.2 助力特性曲线的类型  47-48
    4.2.3 助力特性曲线的设计  48-52
  4.3 开关磁阻电动机控制系统的设计  52-59
    4.3.1 开关磁阻电动机的控制方式  52-53
    4.3.2 功率变换器的设计  53-56
    4.3.3 转矩调节器的设计  56-58
    4.3.4 电流内环的控制  58-59
第五章控制系统仿真模型的建立与分析  59-67
  5.1 仿真软件的介绍  59-60
    5.1.1 Simplorer 模块的介绍  59
    5.1.2 Matlab/Simulink 模块的介绍  59-60
  5.2 联合仿真的步骤  60-61
  5.3 联合仿真模型  61-65
    5.3.1 Simulink 中仿真模型  61-63
    5.3.2 Simplorer 中仿真模型  63-65
  5.4 仿真结果与分析  65-67
第六章总结与展望  67-69
  6.1 总结  67
  6.2 展望  67-69
致谢  69-70
参考文献  70-72
在学期间发表的论著及取得的科研成果  72

EPS用开关磁阻电动机及其控制系统的研究

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