基于神经网络的SRM直接转矩控制方法研究

论文摘要

开关磁阻电机具有成本低、调速范围宽、调速性能优异、可靠性高等优点,近年来受到广泛关注。但开关磁阻电机(SRM)的双凸级结构造成了它噪声、转矩脉动大。本文从控制的方法入手,探讨了改善开关磁阻电机噪声和转矩脉动的方法。文中以四相8/6结构的SRM为研究对象,分析了其直接转矩控制的空间电压矢量以及相应的开关表,通过对空间电压矢量合理选择,使磁链轨迹成圆形,定子电流、磁链波形变化平稳,将转矩脉动限制在一个小的误差滞环带内。从仿真结果可以看出,直接转矩控制抑制了SRM的转矩脉动,降低了噪声。直接转矩控制系统的速度控制器采用PI调节控制,达到了很好的调速效果。本文介绍了人工神经网络的模式,典型神经网络的学习规则,研究了单神经元网络自适应PID、BP神经网络自适应PID以及RBF神经网络自适应PID控制策略的基本原理以及算法,并应用在SR电机调速系统中。仿真表明,应用神经网络自适应PID和常规PI组成复合控制器具有良好的控制性能,具有较高的鲁棒性,自适应能力强的优点。达到了控制的目的,控制精度到,动态性能好。以TMS320F2812 DSP为核心控制器,实现了电流斩波起动程序,直接转矩程序以及其它相关的子程序,并对实验结果进行了分析。为更进一步研究打下了基础,具有一定的实用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 开关磁阻电机发展概况
• 1.2 直接转矩控制技术的发展历史及现状
• 1.3 神经网络的发展历史及现状
• 1.3.1 人工神经网络国外发展情况
• 1.3.2 人工神经网络国内研究概况
• 1.4 本课题主要工作
• 2 开关磁阻电机结构及运行原理
• 2.1 开关磁阻电机驱动系统的基本构成
• 2.2 开关磁阻电机的结构
• 2.3 开关磁阻电机的运行原理
• 2.3.1 开关磁阻电机运行原理
• 2.3.2 开关磁阻电机运行的传统控制策略
• 2.3.3 本文采取的控制策略
• 2.4 本章小结
• 3 开关磁阻电机直接转矩控制
• 3.1 开关磁阻电机的数学模型
• 3.1.1 开关磁阻电机基本方程
• 3.1.2 开关磁阻电机瞬时转矩方程
• 3.2 开关磁阻电机直接转矩控制
• 3.2.1 开关磁阻电机直接转矩控制的理论基础
• 3.2.2 开关磁阻电机功率变换器开关状态分析
• 3.2.3 开关磁阻电机空间电压矢量选择
• 3.3 开关磁阻电机直接转矩控制系统的Matlab 仿真实现
• 3.3.1 Matlab 仿真软件简介
• 3.3.2 开关磁阻电机DTC 控制结构
• 3.3.3 功率变换器
• 3.3.4 转矩、磁链估算
• 3.3.5 转矩、磁链逻辑关系
• 3.3.6 定子磁链区间判断
• 3.3.7 开关表选择
• 3.3.8 PI 速度控制模块
• 3.3.9 仿真结果分析
• 3.4 本章小结
• 4 神经网络PID 控制器
• 4.1 人工神经网络概述
• 4.1.1 人工神经元模式
• 4.1.2 连接权值
• 4.1.3 神经网络状态
• 4.1.4 神经网络的输出
• 4.2 典型的神经网络学习规则[18]
• 4.2.1 无监督Hebb 学习规则
• 4.2.2 有监督Delta 学习规则
• 4.2.3 有监督Hebb 学习规则
• 4.3 神经网络模型
• 4.3.1 相互结合型网络
• 4.3.2 前馈网络
• 4.3.3 反馈网络
• 4.3.4 混合型网络
• 4.4 典型前馈神经网络PID 控制器
• 4.4.1 单神经元PID 控制器结构
• 4.4.2 基于BP 神经网络参数自学习的PID 控制器
• 4.4.3 基于RBF 神经网络的PID 控制器
• 4.5 本章小结
• 5 开关磁阻电机神经网络PID 控制仿真研究
• 5.1 单神经元PID 的直接转矩控制
• 5.2 BP-PID 的直接转矩控制
• 5.3 RBF-PID 的直接转矩控制
• 5.4 本章小结
• 6 开关磁阻电机调速系统硬件设计及实验结果
• 6.1 开关磁阻电机硬件设计概述
• 6.2 系统电源设计
• 6.2.1 系统控制电源
• 6.2.2 电机供电电源
• 6.3 SRM 功率变换器设计
• 6.3.1 功率变换器元器件定额与选型
• 6.3.2 主开关器件驱动电路设计
• 6.4 速度、位置检测硬件设计
• 6.5 定子电压、电流检测硬件设计
• 6.5.1 定子电流检测
• 6.5.2 定子电压检测
• 6.5.3 AD7865 模数转化芯片扩展
• 6.6 实验结果和波形
• 6.7 本章小结
• 7 结论
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士期间发表的论文