基于最小电压矢量偏差的开关磁阻电机直接转矩控制系统研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:formula_lj
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随着科学技术的发展,高效稳定的电机越来越受到各国专家的关注。开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)具有响应速度快、可靠性强且机械结构简单等优点,广泛应用于航空动力制造、飞轮储能技术、混合动力汽车驱动等工业制造和人民生活的各个领域。然而,由于其自身结构的独特性,在运行过程中存在转矩脉动大的问题,这限制着SRM的进一步使用和普及。为了降低转矩脉动,直接转矩控制(Direct Torque Control,DTC)算法因其直观、简洁,计算速度比较快的优势,在电机控制系统中得到了较多的应用。本文对开关磁阻电机DTC转矩脉动的产生原因进行分析,提出一种基于最小电压矢量偏差的开关磁阻电机直接转矩控制系统,设计了相关的仿真模型,在空载、高速、低速的不同工况下进行了分析,搭建了12/8极,5.5k W电机实验平台,对方法进行了验证。SRM运行过程中采用脉冲式供电方式,各相之间存在换相过程,由于相绕组中电感参数的存在,使得换相电流不能突变,存在换相延迟,而且换相区的两相电感变化率也不一致,造成前一相转矩的减小量比后一相转矩的增加量要大,总输出总转矩的幅值比单相通电区域要小。为了解决这一问题,提出增加电压矢量的改进型直接转矩控制方法。提高输出转矩,减小换相区转矩脉动幅值。传统DTC在基本电压矢量控制的过程中,每个控制过程只有一个电压矢量在工作,在这个过程中对转矩和磁链产生的变化是固定的,在控制中引起系统转矩过增加,所以引起较大的转矩和磁链波动。为了解决这一问题,提出基于最小电压矢量偏差的开关磁阻电机直接转矩控制系统。根据磁链和转矩的变化过程增加双PI环节进行调节,计算出参考电压矢量。根据参考电压矢量所在扇区的位置,选出非零电压矢量,以两者电压偏差最小为依据,逆变器输出零电压和非零电压矢量作用于电机,抑制了转矩脉动。在MATLAB/Simulink中完成了改进型的电压矢量开关模块和最小电压矢量偏差模块的仿真搭建,将改进型直接转矩控制与传统直接转矩控制,最小电压矢量偏差的改进型直接转矩控制与最小电压矢量偏差的传统直接转矩控制在不同工况下对比,验证所提算法的可信性、优越性。以DSP芯片TMS320F28335为硬件核心,搭建了系统整体调速实验平台,阐述了功率变换电路、驱动电路、电流电压检测电路以及软件设计流程。进行试验测试,将实验电流和转矩波形与仿真波形进行对比,验证了本文所提出方法能够很好的降低SRM的转矩脉动。
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