无刷直流电机双模式弱磁控制研究

论文摘要

无刷直流电机以其具有功率密度高、结构可靠性高、效率高以及控制简单等优点,在当今工业、民用、航空航天以及军事等领域得到广泛的应用。无刷直流电机弱磁控制是无刷直流电机控制研究领域的一个热点,尤其当无刷直流电机作为电动汽车驱动电机使用时。无刷直流电机弱磁控制也是一个难点,目前无刷直流电机弱磁控制技术还不成熟。在综述大量国内外的文献的基础上,本文使用基于新型逆变器的双模式控制策略成功实现无刷直流电机弱磁扩速。本文首先阐述了无刷直流电机弱磁控制的背景和意义。其次介绍了无刷直流电机的基础,包括无刷直流电机的结构、运行原理和数学模型等。然后讨论了无刷直流电机弱磁控制及其MATLAB仿真,通过分析和仿真,证明了相位超前法能够实现弱磁扩速,但同时导致电机电流过大；还证明了使用基于新型逆变器的双模式法能够获得较好的弱磁扩速效果,并且能够克服相位超前法的不足。接着构建了无刷直流电机双模式控制器所用到的硬件和软件系统。给出了经过实验验证的一部分电路原理图(主要有双模式逆变器电路、IGBT门极驱动电路、电源电路、过流保护电路以及母线电压与母线电流检测电路等)及其详细说明,以及经过验证的软件部分的设计思想以及流程图。实验研究和验证了无刷直流电机双模式弱磁控制,证明使用基于新型逆变器的双模式法能够获得较好的扩速效果。最后总结了本次课题的完成情况和以后需要做的工作。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.1.1 电动汽车分类与发展现状
• 1.1.2 永磁无刷直流电机及其控制发展状况
• 1.1.3 无刷直流电机弱磁控制研究现状
• 1.2 课题研究方案
• 1.3 课题主要内容
• 第2章 无刷直流电机结构、运行原理和数学模型
• 2.1 无刷直流电机结构
• 2.2 无刷直流电机运行原理
• 2.3 无刷直流电机数学模型
• 2.4 电压方程
• 2.4.1 转矩方程
• 2.4.2 运动方程
• 2.4.3 状态方程
• 2.5 本章小结
• 第3章 无刷直流电机弱磁控制及其仿真
• 3.1 无刷直流电机双闭环控制
• 3.1.1 转子位置的检测
• 3.1.2 电流调节器的设计
• 3.1.3 转速计算
• 3.1.4 无刷直流电机双闭环控制系统MATLAB仿真
• 3.2 无刷直流电机弱磁控制
• 3.2.1 相位超前法原理及其仿真
• 3.2.2 基于新型逆变器的双模式法原理及其MATLAB仿真
• 3.3 本章小结
• 第4章 无刷直流电机双模式控制器硬件和软件设计
• 4.1 无刷直流电机双模式控制器硬件电路
• 4.1.1 控制电路
• 4.1.2 RS232串口连接电路
• 4.1.3 电源电路
• 4.1.4 母线电压和电流检测电路
• 4.1.5 开关光耦隔离电路
• 4.1.6 逆变器电路
• 4.1.7 IGBT门极驱动电路
• 4.1.8 过流保护电路
• 4.2 控制系统软件设计
• 4.2.1 基速以下（恒转矩区）双闭环控制
• 4.2.2 基速以上（恒功率区）双模式弱磁控制
• 4.3 本章小结
• 第5章 实验数据和波形
• 5.1 实验平台
• 5.2 空载实验
• 5.3 负载实验
• 5.4 弱磁控制时电机的机械特性
• 5.5 实验结论
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表（或录用）的学术论文