开关磁阻电机作动器控制策略研究

论文摘要

功率电传作动器一个主要发展方向即为机电作动器,目前采用的主要是无刷直流电机和永磁同步电机驱动的小功率机电作动器。在机电作动器的研究中,关键问题是:如何提高系统的可靠性以及如何增大系统的功率密度。开关磁阻电机启动转矩大、容错能力强、效率高等突出优点,正可以应用于机电作动器,但由于开关磁阻电机的磁链特性,产生的转矩脉动限制它更广泛的应用。本文从减小开关磁阻电机转矩脉动的控制策略出发,设计了一套开关磁阻电机的多余度机电作动器。首先,建立开关磁阻电机模型。对电机进行有限元分析,得到电机的磁链特性曲线,根据曲线数据,建立开关磁阻电机仿真模型的。本文参考相关文献所测得的互感磁链值,在Matlab下建立了考虑互感的开关磁阻电机模型,并对考虑互感和没有考虑互感的仿真结果进行比较,可知考虑互感下电机模型的仿真结果更接近实际情况。其次,电机控制策略比较研究。作动器的控制精度是衡量作动器系统的重要指标,这就需要控制电机能够实现精确定位,因此,开关磁阻电机的转矩脉动必须严格限制。研究表明:实现开关磁阻电机的恒转矩控制,只有通过控制瞬时转矩来减小转矩脉动,而不是传统的平均转矩控制。文中对几种电机的控制算法进行比较分析,确定了应用转矩分配函数法可以有效减小转矩脉动。最后,实现电机对位置的跟踪输出。仿真验证了开关磁阻电机作动器对输入信号的跟踪情况,并结合开关磁阻电机的强容错性,采用2台开关磁阻电机及其驱动控制系统。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 作动器的发展
• 1.2.2 功率电传作动器的发展与应用
• 1.3 开关磁阻电机作动器研究优势与缺陷
• 1.4 研究内容
• 第二章 开关磁阻电机有限元分析
• 2.1 引言
• 2.2 开关磁阻电机有限元模型的建立
• 2.3 功率变换器与驱动电路等效模型
• 2.4 模型的网格划分
• 2.5 控制策略选择
• 2.6 模型分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 开关磁阻电机的基本原理及数学模型
• 3.1 开关磁阻电机绕组链接方式
• 3.2 开关磁阻电机的数学模型分析
• 3.2.1 电压、电流方程
• 3.2.2 转矩方程
• 3.2.3 机械方程
• 3.3 开关磁阻电机考虑互感模型的建立
• 3.4 功率变换器的选取
• 3.5 模型验证
• 3.6 本章小结
• 第四章 开关磁阻电机控制策略研究
• 4.1 电机控制策略
• 4.2 电流斩波控制系统
• 4.3 直接转矩控制（DTC）系统
• 4.3.1 直接转矩控制理论基础
• 4.3.2 直接转矩控制实现
• 4.3.3 直接转矩控制参数波形
• 4.4 转矩分配函数（TDF）控制系统
• 4.4.1 TDF数学模型
• 4.4.2 本文TDF选取
• 4.4.3 TDF控制策略实现
• 4.5 本章小结
• 第五章 作动器控制系统仿真研究
• 5.1 作动器总体设计
• 5.2 作动器仿真实现
• 5.3 阶跃位置动态响应
• 5.4 正弦位置响应
• 5.5 余度测试
• 5.6 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文