【摘 要】
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为迎合绿色发展理念,移动源的电动化发展已然成为必然趋势。开关磁阻电机因结构坚固性好、制造成本低、能灵活切换运行状态实现四象限运行、起动扭矩大、恶劣环境适应性强等一系列优点备受关注。本文对7.5k W电动叉车用行走电机展开研究,由于其需要频繁起动制动,且通常工作在大负载且负载多变的场合,非常契合开关磁阻电机的优点,而目前国内先进的电动叉车用电机控制器仍靠国外进口,因此开展高性能开关磁阻电机控制技术研
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为迎合绿色发展理念,移动源的电动化发展已然成为必然趋势。开关磁阻电机因结构坚固性好、制造成本低、能灵活切换运行状态实现四象限运行、起动扭矩大、恶劣环境适应性强等一系列优点备受关注。本文对7.5k W电动叉车用行走电机展开研究,由于其需要频繁起动制动,且通常工作在大负载且负载多变的场合,非常契合开关磁阻电机的优点,而目前国内先进的电动叉车用电机控制器仍靠国外进口,因此开展高性能开关磁阻电机控制技术研究具有重大的现实意义。本文首先介绍了电动叉车的发展趋势及良好的市场前景,并论述了开关磁阻电机较之其它驱动电机的优势以及面临的转矩脉动大的难题。其次阐述了开关磁阻电机的结构、功率变换电路工作状态及运行原理,推导了其数学模型,分析了其理想线性、准线性、非线性模型及三种传统控制方法的特点。然后,针对开关磁阻电机转矩脉动大的问题,引入转矩分配函数控制策略,阐述了传统电流滞环型转矩分配控制的转矩脉动抑制原理,并在SIMULINK中搭建其控制模型,在不同的开关频率下进行仿真分析,指出电流滞环型转矩分配控制在开关频率较低时会出现较大的电流超调导致电机转矩脉动大的问题。针对该问题,提出平均电压预测脉宽调制的控制策略,根据离散的电压平衡方程,计算每一个控制周期内跟踪期望电流需要施加的平均电压,根据计算所得平均电压的正负分别选用正压零压、负压零压的控制策略并计算其占空比,由仿真对比结果表明所提出的控制方法较之传统电流滞环转矩分配控制有着更好的电流跟踪效果,能在电机负载变化时合理地调节占空比减小电流超调。此外,提出一种实时调节开关角的优化方法,在电机高速大功率运行时减小开通角保证其带载能力,在电机低速小功率运行时适当增大开通角抑制电流尖峰,并经仿真验证了其有效性。最后完成了基于STM32F103+CPLD主控架构的软硬件设计,搭建了硬件平台进行实验验证,进一步验证了所提算法的有效性。
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