TFLSRM运行控制的换相位置检测研究

论文摘要

随着我国城市化的发展，城市交通系统的负荷越来越重，大力发展城市轨道交通是解决我国大城市交通堵塞的主要途径。在驱动车辆方面，由于直线电机具有直接产生推力、不受粘着限制等优点，因此它在城市轨道交通中的应用已经广泛重视。横向磁场直线开关磁阻电机(transverse flux linear switched reluctance motor，简称TFLSRM)是近年来开始研究的一种新型的直线电机，它同时兼有直线电机、横向磁场电机和开关磁阻电机的优点，其磁通与电机运动方向垂直，实现了磁路与电路在几何结构上的解耦，可以根据系统需要灵活设计电机，具有模块化特点。由TFLSRM构成的直线电机车辆不但坚固、可靠，成本低廉，维护简单，而且能充分发挥直线电机车辆在城市轨道交通中的优势。本文从专业特点出发，就TFLSRM的换相位置检测技术做了深入的理论研究和实践探索，首先就国内外开关磁阻电机位置检测技术的研究动态进行了大量调研，在直接位置检测、间接位置检测两方面做了文献综述和分析。在介绍TFLSRM结构和工作原理的基础上，针对本课题组样机控制系统原有的光电传感器直接位置检测方法在系统实验过程中暴露出来的严重缺陷，进行系统分析和研究，提出了新的位置检测方案。本文对下面三种形式的位置检测技术进行了研究和实验：①恒流间接检测技术的理论研究与仿真分析；②基于凸极结构的位置检测技术的理论研究与实验；③滑模观测器位置检测技术的理论研究与算法仿真。针对方法②，本文建立了TFLSRM的样机控制系统，并进行了实验。采用TI的TMS320LF2407A DSP为主控芯片，设计了位置闭环数字控制系统，它能够自动控制电机循环往复运动，实现电机的四象限运行，实验结果验证了所提方法的可行性、有效性。针对方法①和③，基于Matlab／Simulink进行了系统仿真，结果证明了所提位置检测方案的可行性、有效性。。本文通过开展对TFLSRM运行控制的换相位置检测研究，为它在轨道交通及其它工业领域的应用提供了理论基础和先期试验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 轨道交通中应用的直线电机
• 1.2.1 直线感应电机
• 1.2.2 直线同步电机
• 1.2.3 直线开关磁阻电机
• 1.3 TFLSRM换相位置检测技术
• 1.3.1 换相位置直接检测技术
• 1.3.2 换相位置间接检测技术
• 1.4 本文研究内容及意义
• 2 TFLSRM的基本原理与换相位置检测
• 2.1 TFLSRM基本结构与工作原理
• 2.2 TFLSRM的数学模型
• 2.2.1 TFLSRM的基本方程式
• 2.2.2 电感与位移的关系
• 2.2.3 TFLSRM的数学模型
• 2.3 基于DSP的控制系统
• 2.3.1 DSP控制系统简述
• 2.3.2 功率变换器
• 2.3.3 基于DSP的控制器
• 2.3.4 电流检测单元
• 2.4 位置检测单元
• 2.4.1 位置检测器
• 2.4.2 位置检测原理
• 2.4.3 存在的问题
• 3 TFLSRM换相位置的间接检测方法
• 3.1 间接检测方法的原理
• 3.2 间接位置检测方法的实现
• 3.2.1 三相磁极位置的间接检测
• 3.2.2 初始位置检测
• 3.2.3 检测器的恒流控制
• 3.3 间接检测方法的仿真研究
• 3.4 间接位置检测方法小结
• 4 基于凸极结构的TFLSRM换相位置检测方法
• 4.1 位置检测器
• 4.2 位置检测的实现
• 4.2.1 换相位置检测
• 4.2.2 位置闭环控制
• 4.3 系统控制的软件实现
• 4.3.1 开通、关断位置恒定控制
• 4.3.2 开通、关断时刻可调控制
• 4.4 样机及实验
• 4.4.1 实验装置及样机
• 4.4.2 实验结果及分析
• 5 TFLSRM滑模位置观测器的研究
• 5.1 滑模状态观测器简介
• 5.2 TFLSRM非线性磁链模型
• 5.2.1 TFLSRM状态模型
• 5.2.2 TFLSRM状态模型的参数确定
• 5.3 基于滑模状态理论的TFLSRM位置观测器
• 5.3.1 滑模位置观测器原理
• 5.3.2 基于滑模观测器的位置估计
• 5.3.3 SMO的设计准则
• 5.4 仿真分析
• 5.4.1 模型参数
• 5.4.2 初始启动策略
• 5.4.3 仿真结果
• 6 结论
• 参考文献
• 附录A 非线性系统精确线性化
• 作者简介
• 学位论文数据集