基于高频注入法的单绕组磁悬浮开关磁阻电机无位置传感器研究

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磁悬浮开关磁阻电机结合了无轴承和开关磁阻电机的优点,充分发挥了低损耗、无摩擦、大功率、高转速以及能适应恶劣环境的优势,在飞轮储能、电动车驱动、航天事业、通用工业等应用领域有着广阔的前景。由于传统的位置检测需要在电机上安装传感器,这样使得电机结构变复杂,运行环境受到限制。对磁悬浮开关磁阻电机无位置传感器的研究增加了电机系统的集成度,提高了电机的临界转速和对于恶劣环境的适应性,为实现磁悬浮开关磁阻电机低成本、高转速奠定了基础。因此,本文以12/8极单绕组BSRM为研究对象,对电机数学建模、无位置传感器建模、无位置传感器运行控制等方面进行了研究,本文主要研究工作如下:  (1)研究了12/8极单绕组BSRM的结构和运行原理,在此基础上基于虚位移法和等效磁路法建立电机的数学模型,并且通过Ansoft Maxwell2D有限元分析验证了所推导数学模型的准确性,为建立高频注入法下的转子位置模型奠定了基础。  (2)针对高频信号检测法,推导了基于高频电流注入的12/8极SWBSRM转子位置模型和基于高频电压注入的12/8极SWBSRM转子位置模型。通过自检测系统中检测信号与位移信号的对比验证了高频注入法能实现转子位移自检测。  (3)研究了基于悬浮系统的鲁棒PID控制器,并且通过电流等效法提出了电机的电流控制算法,给出了12/8极SWBSRM无位置传感器运行控制系统,通过Matlab/simulink仿真,对所提出的方法进行了验证。  (4)构建了DSP和FPGA相结合的12/8极SWBSRM无位置传感器高速数字控制系统,在硬件系统中设计了检测电路、电流电压保护电路、功率变换器、硬件接口电路;在软件系统中给出了主程序、初始化程序以及中断程序。
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