开关磁阻电机无位置传感器位置检测策略研究

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuanyuan814606754
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开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)具有节约稀土资源,容错能力强,调速范围广,生产成本低等特点。同时伴随着电力电子器件的更新与发展,开关磁阻电机组成的配套驱动设备被广泛应用于新能源混合动力、航空航天、油田煤田等领域。在众多应用领域中通常采用位置传感器采集的转子位置信息作为反馈信号,保证整个驱动系统的正常运转。但是位置传感器的使用也会存在诸多弊端,如在高温、高粉尘的纺织环境中,光电式位置传感器可靠性差,故障率高;在矿用牵引设备工作的狭窄、高湿度恶劣环境中会限制位置传感器的安装与使用,增加位置传感器的维护成本,且转子位置检测精度低。针对以上问题,本文在传统无位置传感器检测方法的基础上,对开关磁阻电机在低速、中高速运行时的位置间接检测方法进行研究,主要内容如下:首先,针对SRM在静止起动时绕组导通相位判断的问题,采用高频脉冲注入法确定SRM各相绕组的导通相位。在此基础上,针对SRM低速运行时非导通相电感法注入高频脉冲信号产生的负转矩及转矩波动较大的问题,采用有限控制集模型预测算法进行优化。在此算法中,不再同时向各相绕组注入高频脉冲信号,只需向非导通相注入高频脉冲信号,从而实现SRM低速运行状态下转子转速与转子位置的间接估计;有限控制集模型预测算法中包括SRM及功率变换器离散模型、最小评价函数的构建,离散模型可实现对下一时刻转矩值的预测,最小评价函数可以实时选取功率变换器的最优开关状态量,两者结合实现对开关磁阻电机的高性能控制。仿真结果表明,改进后的控制策略可以减小SRM非导通相注入脉冲产生的负转矩及转矩波动的影响。然后,由于SRM中高速运行时在绕组非导通相注入脉冲信号获取到非线性电感信息误差偏大,因而采用优化模型后的简化磁链法代替非导通相电感法。针对传统简化磁链法转子位置间接检测精度低的问题,建立基于最小二乘支持向量机(Least square support vector machines,LSSVM)的SRM非线性磁链模型,利用粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)对模型的参数进行优化,将优化的非线性磁链模型应用于简化磁链法中,实现SRM转子转速与转子位置的估测。仿真结果表明,改进后的简化磁链法能够提高转子位置的估计精度,提升开关磁阻电机的控制性能。最后,搭建开关磁阻电机实验平台,对本文采用的无位置传感器策略进行验证,完成对SRM驱动设备在不同转速范围内的算法运行曲线效果分析。实验结果表明,本文所提出的无位置传感器位置间接检测算法具有良好的转子位置间接检测性能。
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