开关磁阻电机的无位置传感器控制研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:fengljx1
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开关磁阻电机(SR电机)具有控制策略灵活、启动电流小、启动转矩大、速度调节范围宽等优点。SR电机的转子位置信息是制定控制逻辑和进行转速估计的主要依据。传统的SR电机调速系统用位置传感器来检测转子位置信息。由于位置传感器降低了系统的可靠性,阻碍了其进一步的推广应用。因此,SR电机的无位置传感器控制研究已经成为了一个热点。本文对SR电机的运行原理和电磁特性进行了分析,使用FEMM有限元分析软件对实验样机进行了电磁场分析。根据有限元分析结果,在MATLAB/Simulink仿真环境中,搭建了实验样机的非线性模型。在此基础上进行了实验样机在双闭环控制策略下的建模仿真,分析了实验样机在不同负载和不同转速条件下的电流、转矩和转速的响应情况,证明了本文设计的SR电机调速系统的稳定性。对SR电机常用的无位置传感器控制策略进行了研究,主要包括简化磁链法和高频脉冲注入法。其中传统的高频脉冲注入法,即非导通相比较法,需要在最小电感区注入检测脉冲,只能在电感最大值处换相,影响电机出力。本文对传统高频脉冲注入法进行了改进,提出了一种新方法,即在两相电感曲线相交处设置电流阈值的新型电流阈值法,该位置绕组电感的变化率较大,可以提高位置检测精度;同时解决了非导通相比较法在最小电感区间只能注入检测脉冲,不能给绕组正常通电的问题,实现了在自然换相点处给绕组通电:并且缩短了脉冲注入时间,减少了开关损耗,改善了高频脉冲注入法的控制性能。设计了以STM32单片机为控制核心的无位置传感器SR电机调速系统,硬件部分主要包括电流检测电路、功率变换电路、功率驱动电路等。针对PWM斩波产生的电压毛刺问题,设计了一种新型响应电流峰值检测电路,抑制了电压毛刺对响应电流峰值的干扰。完成了有位置传感器控制软件和无位置传感器控制软件的设计。对实验样机分别进行了有位置传感器的双闭环控制实验和基于新型电流阈值法的无位置传感器控制实验,通过对实验结果的分析,验证了本文设计的基于新型电流阈值法的无位置传感器控制策略的有效性。
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