基于离线TSF的开关磁阻电机转矩脉动抑制技术研究

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开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)结构简单、启动转矩大、容错性强,随着驱动技术进步以及绿色发展深入,SRM已广泛应用于航空航天、汽车驱动和工业控制等领域。然而SRM定转子固有的双凸极结构和磁路非线性,使其运行时难以避免出现严重的振动和噪声。因此,如何降低转矩脉动以进一步推广SRM应用,已成为学者们的研究热点。本文从控制策略上研究一种离线的转矩脉动抑制方法,适合于SRM宽速范围运行。首先,在介绍SRM抑制转矩脉动的控制方法基础上,对比分析四种抑制SRM转矩脉动的控制策略;结合SRM的运行原理和等效电路,重点分析了电流斩波控制、电压斩波控制和角度位置控制。其次,基于转矩分配函数(Torque Sharing Function,TSF)分析产生转矩脉动的原因,给出一种离线型TSF新方法。通过有限元仿真软件得到SRM的电感-转矩特性,由两个转子位置函数构建可逆转矩方程,得到参考电流以实现良好的电流跟踪特性。将电流的平方(铜耗)和Tikhonov因子相结合构造目标优化函数,通过效率和转矩速度性能之间的平衡选择合适的Tikhonov因子数值,降低电流变化率。通过改变Tikhonov因子以调整换相时的参考电流曲线,提升在高速时的电流跟踪能力。再次,搭建Maxwell/Simplorer的场路耦合仿真平台,以12/8极SRM作为被控对象,对比仿真分析在三种不同转速下,立方型、离线TSF和改进的离线型TSF控制策略模型。仿真结果表明,所提出的控制策略对转矩脉动有显著的抑制效果,可适应速度变化,且能降低换相后相电流的峰值,验证了方案的理论可行性。最后,选用ST Microelectronics公司生产的STM32F103ZET6作为主控芯片,根据实际运行参数设计了主电路以及驱动电路,搭建了控制系统的硬件平台;基于C语言编程在Keil 5的集成开发环境下实现控制策略的软件编程,通过实验结果分析SRM的输出特性,验证本课题提出方案的合理性。
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