【摘 要】
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开关磁阻电机凭借其结构简单、可靠性高、成本低、效率高、可控参数多等优势在工业传动、航空航天、电动汽车等众多领域得到了广泛应用。然而,开关磁阻电机运行时需要使用位置传感器获取转子位置信息,不仅会导致系统的成本和体积增加,同时降低了系统的可靠性。为此,开关磁阻电机的无位置传感器控制技术成为近年来研究的热点问题之一。在很多高精度控制系统中,往往需要获得精确的转子初始位置以实现电机的无反转起动,本文在传统
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开关磁阻电机凭借其结构简单、可靠性高、成本低、效率高、可控参数多等优势在工业传动、航空航天、电动汽车等众多领域得到了广泛应用。然而,开关磁阻电机运行时需要使用位置传感器获取转子位置信息,不仅会导致系统的成本和体积增加,同时降低了系统的可靠性。为此,开关磁阻电机的无位置传感器控制技术成为近年来研究的热点问题之一。在很多高精度控制系统中,往往需要获得精确的转子初始位置以实现电机的无反转起动,本文在传统的脉冲注入法基础上提出一种了新型初始起动策略——改进的双电流阈值法。采用阈值自动辨识策略预先得到两个电流阈值,并对阈值进行校正避免受到母线电压波动的影响,同时把电感模型的特殊位置作为扇区划分的边界,通过判断响应电流峰值与两个特殊位置的电流阈值的关系进行扇区判断,解决了在扇区边界由电感微小变化引起的扇区误判问题,最后结合相似三角形原理实现了初始位置的精确定位。对于开关磁阻电机运行中的位置检测,本文提出了相电流斜率比值法。在位置辨识过程中,传统的相电流斜率差值比较法需要获取脉冲注入相在功率器件开通与关断后的响应电流斜率,由于功率器件在关断时会产生尖峰电压,使功率器件关断之后的响应电流波形发生畸变,导致关断后响应电流斜率计算不准确。针对这一问题,本文提出仅对线性度较好的电压激励阶段的响应电流进行采样,利用响应电流的上升段与下降段斜率之间的比例关系,获取实时电感,提高了位置辨识精度。同时,采用起始角度自适应算法减小脉冲注入法产生的负转矩对系统的影响,并减少了铜耗,实现了电机在较宽转速范围内稳定运行。由于开关磁阻电机具有较强的非线性特性,传统的PI双闭环控制系统的控制精度不高且转矩脉动较大。鉴于模型预测控制易处理非线性问题且逻辑简单,同时自抗扰控制技术可以对系统内外总扰动进行估计并进行前馈补偿,本文提出了结合自抗扰速度控制的预测电流控制方法,采用模型预测电流控制,提高电流跟踪能力,有效抑制转矩脉动;引入一阶自抗扰转速控制器进行转速控制,提高系统的动态响应速度和抗扰动性。在Matlab/Simulink平台搭建了仿真模型,仿真结果证明了以上方法的有效性。最后,搭建了电机驱动控制实验平台,以一台三相12/8极开关磁阻电机为研究对象进行了实验研究,实验结果验证了本文提出的控制算法的可行性和有效性。
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