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基于磁阻式四端口机电能量变换器控制系统的研究

作　者: 郑永龙
导　师: 崔淑梅
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 四端口机电能量变换器 SRM 双转子电机 磁场耦合 转矩控制
分类号: TM352
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


磁阻式四端口机电能量变换器在传统电机的基础上增加一个转子,演变成双机械端口和双电气端口的新型电机。其特点是外转子为内外双凸极结构,结构简单,可靠性高,并且具有恒功率范围宽的优点。但与此同时,由于其结构上的特殊性,内外电机绕组产生的磁场相互影响,也使得这种变换器产生了许多复杂的问题,比如电机内部的磁场耦合问题、控制策略和控制方法问题等等,这都与传统电机的控制存在很大的不同。而现阶段,如上问题的研究却还在起步阶段,制约了磁阻式四端口机电能量变换器的发展。本论文主要就磁阻式四端口机电能量变换器的数学模型以及控制方法展开研究。首先,论文阐述了磁阻式四端口机电能量变换器的工作原理,基于其磁路结构建立了等效磁网络模型,在线性磁路条件下解析了统一模型的磁链方程、电动势方程、转矩方程和机械运动方程。建立了基本的磁阻式四端口机电能量变换器的理论分析与计算基础。通过对磁阻式四端口机电能量变换器进行了有限元仿真分析,研究其内部电磁关系。分析了磁耦合对内外转子转矩性能的影响,并与定转子绕组单独通电时的转矩波形比较,得出了转矩特性的规律。本文分析了基于TMS320LF2407数字信号处理器的单CPU实现两电机控制的可行性,提出了一个系统总体控制器方案,设计了DSP控制电路以及驱动保护电路,搭建了SRM的硬件控制平台,在软件上给出了解耦控制的实现方法。对所设计的控制系统进行了仿真分析,采用四相不对称半桥结构的功率拓扑,对内、外电机单独工作时控制性能进行了Simulink仿真分析,最后,在此基础上,考虑内、外电机的耦合影响,对双转子开关磁阻电机控制系统进行了Simulink仿真分析。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-19
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9-10
  1.2 双耦合场四端口机电能量变换器的发展近况  10-13
    1.2.1 电气变速器  10-11
    1.2.2 四象限能量变换器  11
    1.2.3 双机械端口电机  11
    1.2.4 开关磁阻双转子电机  11-12
    1.2.5 四端口机电能量变换器的存在问题  12-13
  1.3 开关磁阻电机控制系统的发展  13-18
    1.3.1 开关磁阻电机控制系统的研究现状  13-15
    1.3.2 功率变换器拓扑研究分析  15-18
  1.4 本课题主要研究内容  18-19
第2章 磁阻式四端口机电能量变换器数学模型的建立  19-28
  2.1 引言  19
  2.2 磁阻式四端口机电能量变换器的工作原理  19-21
  2.3 磁阻式四端口机电能量变换器的磁路结构及其磁网络模型  21-23
  2.4 磁阻式四端口机电能量变换器的数学模型  23-27
    2.4.1 磁链方程和电动势方程  24-25
    2.4.2 转矩方程和机械运动方程  25-27
  2.5 本章小结  27-28
第3章 磁阻式四端口机电能量变换器的控制方法的研究  28-42
  3.1 引言  28
  3.2 磁阻式四端口机电能量变换器有限元模型与静态场计算  28-31
    3.2.1 有限元模型的建立  28-30
    3.2.2 静态场仿真与相电感参数计算  30-31
  3.3 暂态场仿真与电机工作模式分析  31-35
    3.3.1 外电机单独工作  31-32
    3.3.2 内电机单独工作  32-34
    3.3.3 定转子绕组同时通电工作  34-35
  3.4 磁阻式四端口机电能量变换器控制系统建模与仿真分析  35-41
    3.4.1 仿真模型的建立  35-38
    3.4.2 单电机仿真结果及其分析  38-41
    3.4.3 内、外电机同时工作时仿真分析  41
  3.5 本章小结  41-42
第4章 磁阻式四端口机电能量变换器控制系统设计  42-55
  4.1 引言  42
  4.2 系统总体控制方案的设计  42-43
  4.3 磁阻式四端口机电能量变换器控制系统硬件设计  43-52
    4.3.1 功率变换器设计  43-47
    4.3.2 主开关器件驱动电路设计  47-48
    4.3.3 位置检测部分设计  48
    4.3.4 电流采样电路  48-49
    4.3.5 电源电路和电压采样电路  49-50
    4.3.6 系统保护电路设计  50-51
    4.3.7 搭建控制系统  51-52
  4.4 磁阻式四端口机电能量变换器控制系统软件设计  52-54
    4.4.1 主程序和初始化子程序设计  53
    4.4.2 PWM中断子程序  53-54
  4.5 本章小结  54-55
结论  55-56
参考文献  56-63
攻读学位期间发表的学术论文  63-65
致谢  65

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 特殊电机 > 磁阻电机
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