基于迭代学习控制的开关磁阻电机转矩脉动最小化控制研究

论文摘要

开关磁阻电机具有结构简单坚固,制造成本低,工作可靠,控制灵活,运行效率高,适用于高速和恶劣环境下运行等优点。开关磁阻电机传动系统,具有许多交直流传动系统所没有的优点,引起世界各国广泛的研究兴趣。但是,由开关磁阻电机双凸级结构所带来的转矩脉动严重的问题,一直成为制约其进入更多应用领域的主要障碍。如何有效减小开关磁阻电机转矩脉动,逐渐成为国内外学者研究的热点。本课题将迭代学习控制引入到开关磁阻电机转矩控制中。迭代学习控制具有算法简单,且控制过程不需要预知被控系统模型和参数的特点,用于减小开关磁阻电机的转矩脉动有明显的优势。本课题以TI公司的DSP TMS320F2812为控制核心,设计了转矩控制器实验系统,进行了理论分析和实验研究。论文首先介绍了开关磁阻电机的发展情况和主要特点,以及在减小转矩脉动方面,国内外目前的研究现状;其次,介绍了开关磁阻电机的本体结构及其线性数学模型,阐述了开关磁阻电机调速系统的基本组成和运行机理,分析了目前通常采用的三种控制策略;第三,对迭代学习控制理论进行了介绍和分析,并对其收敛性情况进行了论证,建立了开关磁阻电机非线性数学模型,采用Matlab中的Simulink对基于迭代学习控制的转矩控制器进行了仿真研究;第四,设计了基于迭代学习控制的开关磁阻电机实际实验系统,对象为一台0.375kW的开关磁阻电机样机,详细说明了该控制策略运用于实际系统的思路和方法,并对硬件电路和软件流程分别进行了说明;最后在实际实验系统设计的基础上,进行了基于迭代学习控制的转矩控制器实验研究,分别给出了电流控制器和转矩控制器的实验结果和波形,并进行了实验结果分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 开关磁阻电机发展概述
• 1.2 开关磁阻电机调速系统
• 1.3 SRM的主要特点
• 1.4 SRM的转矩脉动和噪声
• 1.5 国内外研究现状
• 1.6 本课题研究的主要内容
• 第二章 开关磁阻电机调速系统构成和基本控制策略
• 2.1 开关磁阻电机调速系统
• 2.1.1 SRM的结构
• 2.1.2 SRD的基本工作原理
• 2.2 SRM的数学模型
• 2.3 SRM调速系统（SRD）
• 2.3.1 SRD的构成
• 2.3.2 SRD的基本控制策略和转矩脉动情况
• 第三章 基于迭代学习控制的转矩控制器仿真分析
• 3.1 迭代学习控制
• 3.1.1 迭代学习控制概述
• 3.1.2 迭代学习控制原理
• 3.1.3 迭代学习控制的收敛性与稳定性
• 3.2 SRM用于仿真研究的非线性数学模型
• 3.2.1 SRM基本数学方程
• 3.2.2 非线性模型
• 3.3 基于ILC的SRD转矩脉动最小化控制器
• 3.3.1 基于ILC非线性补偿的转矩控制器
• 3.3.2 转矩分配函数
• 3.3.3 系统整体仿真和结果分析
• 第四章 基于ILC的SRD实际控制系统设计
• 4.1 基于ILC的SRD转矩控制系统设计
• 4.1.1 基于ILC的SRD实际转矩控制系统整体设计
• 4.1.2 基于ILC的高性能电流控制器
• 4.1.3 基于ILC的转矩—电流单元及其与电流控制器的级连
• 4.2 SRD控制系统硬件设计
• 4.2.1 SRM本体
• 4.2.2 功率变换器
• 4.2.3 微控制器
• 4.2.4 电流检测
• 4.2.5 滤波及钳位电路
• 4.2.6 位置检测电路
• 4.3 控制系统软件部分
• 4.3.1 软件总体结构
• 4.3.2 PWM宽范围线性调压的软件控制
• 4.3.3 转矩—电流转换单元子程序
• 4.3.4 基于ILC的电流控制器子程序流程
• 第五章 实验结果分析
• 5.1 实验总体说明
• 5.2 基于ILC的电流控制器
• 5.3 基于ILC的转矩控制器
• 5.3.1 转矩控制器整体实验系统
• 5.3.2 转矩观测器
• 5.3.3 转矩控制器实验波形和结果分析
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢