论文部分内容阅读
随着全球能源环境危机,可再生清洁能源行业的不可替代及重要性逐步凸显,其中飞轮储能由于其拥有着瞬时功率大、储能密度高、无污染、寿命长等特点,在实体产业领域有着广阔的应用前景。电机作为飞轮储能系统的动力核心,直接决定了其储能和发电的效率,磁悬浮开关磁阻电机(Bearingless Switched Reluctance Motor,BSRM)结合了传统开关磁阻电机和主动轴承的特性,在飞轮储能系统中拥有着极高的研究价值。为满足其在高速运行环境下能够维持稳定、低损耗、脉动小、强鲁棒性及高集成的特点,飞轮储能系统的控制也有了更高的性能要求。因此,对飞轮储能系统的高性能控制开展工作具有重要的理论研究与实际应用价值。本文以12/14混合定子磁悬浮开关磁阻电机(Hybrid Stator Bbearingless Switched Reluctance Motor,HSBSRM)为研究对象,所做的工作有:针对本体结构分析了转矩、悬浮系统的运行机理,以此为基础,分别推导了转矩系统数学模型及单自由度径向悬浮力系统数学模型,为电机的控制系统研究奠定了理论基础。为降低工作运行状态下系统的脉动,对转矩系统采用直接瞬时转矩控制策略,利用转速及转矩对系统进行双闭环控制,控制单元采用双滞环比较,以此提高控制系统的精度;对悬浮系统采用直接悬浮力控制策略,利用位移及悬浮力对系统构成双闭环控制,采用悬浮力滞环进行开关信号的逻辑判断,以此提升悬浮控制系统的稳定性。最后建立Matlab/Simulink模型,仿真结果验证了控制策略的可行性。为抑制由于高温等恶劣环境的强扰动下,系统受到内部参数变化及外部干扰带来的问题,以提升系统抗干扰力、鲁棒性及动态响应时间为目标,在转矩系统及悬浮系统控制策略的基础上分别设计自适应终端滑模控制器,为避免奇异问题设计非奇异终端滑模面,并在此基础上引入自适应律以抑制不确定因素的干扰,以保证系统的快速收敛、强鲁棒性,与传统的幂次趋近律滑模控制器方法对比,结果验证了该控制器的有效性。且为抑制悬浮力脉动,在悬浮系统控制策略的基础上设计高阶滑模控制器,结合Quasi-continuous算法分别设计二阶、三阶滑模控制器,通过建立仿真模型对二者对比,采用三阶滑模控制器的控制系统相比采用二阶滑模控制器的控制系统更加稳定,控制器作用平滑连续,明显的降低控制系统的抖振,实现悬浮系统的高性能控制。为验证理论的可行性,以DSP为核心控制器,选用TMS320F28335构建HSBSRM高速数字控制系统,为后续实验搭建了基础。