开关磁阻电机高性能驱动与控制系统研究

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开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)调速系统随着电力电子、计算机技术和先进控制理论的迅猛发展。SRM具有结构简单、运行可靠及效率高等突出特点。但开关磁阻电机伺服系统是一个复杂的时变、非线性、强耦合系统,存在参数测量困难、建模精度不高、转矩脉动和噪声较大等问题。   设计了完善的开关磁阻电机驱动、保护与电控系统,其中“功率电路看门狗”技术保障了大功率电机驱动电路的长期可靠、安全运行。建立了SRM定子绕组的磁场静态数学模型,提出了在定子绕组上施加电压脉冲测量响应电流,基于模型计算不同电流对应的电感的脉冲电压激励电流遍历响应新方法。该方法基于SRM通用驱动控制电路,无需专用测量电路、完全复现了实际工况下电感动态特性、避免了模型偏差;实现了采用全域电感的准确测量,获得SRM定子电感的含参3维数据。建立了定子电感-相绕组励磁电流-转子角位移之间非线性关系的CMAC(小脑神经网络)模型,并基于FPGA实现了该模型的高速硬件计算。   传统的PID控制器对于强非线性、强扰动系统难以达到理想的控制效果,本研究提出了一种基于扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO),针对模型存在不确定性的开关磁阻电机伺服系统,将模型不确定性和负载作为扰动,分别对两个控制环设计扩张状态观测器,实时估计系统内外的扰动,并进行补偿,实现两闭环之间的解耦。基于ESO设计开关磁阻电机自抗扰控制器,实现了了对转速、电流、电磁转矩高精度闭环控制,仿真和物理实验表明开关磁阻电机伺服系统性能优越、运行可靠。
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