论文部分内容阅读
与传统交直流电动机相比,开关磁阻电动机(SR电动机)具有结构简单坚固、效率高、调速范围宽、起动转矩大等许多优点,有利于提高应用系统的整体性能,在混合动力电动车(HEV)、风能发电、家用电器、矿井、航空器等诸多领域具有广阔的应用前景。转子位置信息是对SR电动机进行控制的基础,传统的转子位置检测方法使用轴位置传感器,具有安装调试困难、影响电动机结构、受使用环境(高温、灰尘、腐蚀等)限制等缺点。使用无位置传感器技术取代传统的轴位置传感器,是转子位置检测技术的发展趋势,也是当前国内外学术界研究的一个热点课题。
本文围绕SR电动机的无位置传感器控制问题开展研究,在建立SR电动机新型高精度磁链模型的基础上,设计了基于模型的滑模位置观测器,研究了无位置传感器情况下的无反转起动方法和运行控制技术,设计了无位置传感器控制专用集成电路,实现了新型无位置传感器控制系统。主要研究内容有:(1)针对SR电动机现有模型的不足,使用曲线拟合的方法,提出了一种新的磁链模型,在Matlab/Simulink下建立了相应SR电动机动态仿真系统。理论分析和仿真结果表明,所建模型的计算开销小,模型的误差平方和平均值则分别是改进的Spong模型和Xue模型的9.620%和82.555%。(2)基于新建磁链模型,根据变结构控制理论设计了滑模位置观测器,研究了SR电动机控制模式、观测器初值误差、测量噪声等因素对位置观测精度的影响。(3)研究了无位置传感器SR电动机的起动问题,在脉冲电压注入法的基础上,提出了一种鲁棒性强的无反转起动方法,有效降低了转子初始位置和测量噪声对起动相判断的影响。(4)研究了无位置传感器SR电动机的控制方式,包括控制器故障及其检测方法和保护技术等,并设计实现了国内首款SR电动机控制专用集成电路。(5)设计了完整的无位置传感器SR电动机新型控制方案,建立了SR电动机驱动系统(SRD)硬件实验平台,实现了SR电动机无位置传感器控制。
研究结果表明,本文所建SR电动机模型的精度高,计算开销小;所设计的滑模位置观测器的位置解算误差小,考虑绕组阻值变化和测量噪声情况下的角度解算误差范围在-0.80~1.1°之间;所建无位置传感器无反转起动方法能在任意转子初始位置实现可靠的无反转起动,鲁棒性好;所研制的无位置传感器控制专用集成电路能实现角度位置控制、电流斩波控制、故障保护等多种功能,使用方便。本文的研究工作为SR电动机的建模、基于模型的无位置传感器技术及其实现提供了新的思路和方法,为SR电动机的推广和相关应用行业的技术改造,建立了技术支撑基础。