【摘要】：混合勵磁同步電機是一種具有高功率密度、高轉(zhuǎn)矩密度與寬調(diào)速范圍的新型電機,在電動汽車領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本課題結(jié)合電動汽車要求及PMSM控制理論和控制方法,對HESM的電流分配、電流的解耦與系統(tǒng)控制等問題進行了研究:首先,針對高速區(qū)弱磁調(diào)速帶載能力下降的問題,提出了一種計及d軸反電動勢的基本電流改進控制方法,該方法在保持反電動勢(Ebase)不變條件下降低勵磁電流或d軸電流,增大了輸出轉(zhuǎn)矩。仿真實驗表明,高速區(qū)輸出轉(zhuǎn)矩從原來的2N.m提升至3N·m。其次,針對所提基本電流改進控制存在的非線性問題,提出了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電流分配逼近算法,該算法采用函數(shù)逼近方法將非線性方程簡化,簡化了HESM調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。仿真實驗結(jié)果達到了預(yù)期效果。另外,針對電機參數(shù)攝動、負(fù)載擾動時電樞電流、勵磁電流參考值振蕩問題,利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電流分配控制器逼近參數(shù)穩(wěn)定情況下的各電流參考值,有效減小了電流參考值振蕩,降低控制器參數(shù)敏感性。仿真結(jié)果表明,低速區(qū)控制時勵磁電流參考值振蕩幅值減小至33%;高速區(qū)控制時d軸電流參考值振蕩幅值減小至40%,q軸電流參考值振蕩幅值減小至20%,電磁轉(zhuǎn)矩振蕩減小至25%。最后,針對HESM電流環(huán)控制器中的非線性耦合問題,提出了HESM精確線性化控制,利用非線性系統(tǒng)的微分幾何理論,將直軸電流、勵磁電流與機械角速度解耦為3個獨立、線性子系統(tǒng),實現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)全局范圍內(nèi)電流環(huán)動態(tài)解耦,提高系統(tǒng)動態(tài)性能。通過理論分析和仿真實驗,所提出的HESM控制方法能夠解決弱磁控制帶載能力受限、基本電流改進控制方程計算復(fù)雜、電機參數(shù)攝動與負(fù)載擾動時各電流參考值振蕩和電流環(huán)非線性耦合問題,適用于HESM調(diào)速系統(tǒng)。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM341;TP183
【圖文】：

兩者呈并聯(lián)關(guān)系，如圖1-1 所示。pmF 、mfF 分別為永磁磁勢與電勵磁磁勢，pmR 、ironR 分別為永磁磁阻與鐵心磁阻；mfR 特指電勵磁支路的鐵心磁阻；“外部”指主磁極之外的氣隙和定子部分。圖 1-1 并聯(lián)磁勢式 HESM 電勵磁與永磁磁勢的磁路關(guān)系圖Fig.1-1Magnetic Circuit Diagram of Parallel Magnetic Potential HESM Electric Field Excitation andPermanent Magnet Magnetic Potential電勵磁磁通經(jīng)過“支路 2”構(gòu)成閉合磁路，不通過永磁體，因此磁阻相對較小，降低了永磁體出現(xiàn)永久退磁的風(fēng)險。1989年，英國學(xué)者E.Spooner提出了徑向磁場轉(zhuǎn)子磁極分割型HESM[12,13]，簡稱CPPM（conseguent pole permanent magnet hybrid excitation machine,CPPM），結(jié)構(gòu)如圖 1-2 所示。它是一種典型的并聯(lián)磁勢式 HESM，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提出后，引起了各國學(xué)者的廣泛關(guān)注。該電機的定子電樞繞組為三相對稱繞組�？紤]到無刷化需求，直流勵磁繞組安放于定子上，定子鐵心被環(huán)形直流勵磁繞組分成了兩部分，這兩部分鐵心由其外部的定子背軛（用于軸向?qū)Т诺臋C殼）實現(xiàn)機械和磁連接；轉(zhuǎn)子分為 N 極端和 S 極端兩個部分，每極端由同極性永磁極和鐵心形成的中間極交錯排列，且兩端的 N、S 永磁極與中間極也交錯排列。轉(zhuǎn)子鐵心及轉(zhuǎn)軸間有一實心導(dǎo)磁套筒（轉(zhuǎn)子背軛）

圖 1-1 并聯(lián)磁勢式 HESM 電勵磁與永磁磁勢的磁路關(guān)系圖Fig.1-1Magnetic Circuit Diagram of Parallel Magnetic Potential HESM Electric Field Excitation andPermanent Magnet Magnetic Potential電勵磁磁通經(jīng)過“支路 2”構(gòu)成閉合磁路，不通過永磁體，因此磁阻相對較小，降低了永磁體出現(xiàn)永久退磁的風(fēng)險。1989年，英國學(xué)者E.Spooner提出了徑向磁場轉(zhuǎn)子磁極分割型HESM[12,13]，簡稱CPPM（conseguent pole permanent magnet hybrid excitation machine,CPPM），結(jié)構(gòu)如圖 1-2 所示。它是一種典型的并聯(lián)磁勢式 HESM，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提出后，引起了各國學(xué)者的廣泛關(guān)注。該電機的定子電樞繞組為三相對稱繞組�？紤]到無刷化需求，直流勵磁繞組安放于定子上，定子鐵心被環(huán)形直流勵磁繞組分成了兩部分，這兩部分鐵心由其外部的定子背軛（用于軸向?qū)Т诺臋C殼）實現(xiàn)機械和磁連接；轉(zhuǎn)子分為 N 極端和 S 極端兩個部分，每極端由同極性永磁極和鐵心形成的中間極交錯排列，且兩端的 N、S 永磁極與中間極也交錯排列。轉(zhuǎn)子鐵心及轉(zhuǎn)軸間有一實心導(dǎo)磁套筒（轉(zhuǎn)子背軛），用于轉(zhuǎn)子的軸向?qū)Т臶14]。

西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文生的磁場疊加而成的[15]。（1）如圖 1-3(a)所示，若勵磁電流為零，氣隙主要由永磁體提供，氣隙磁通經(jīng)過 N極永磁極到 S 極永磁極。（2）電流通入直流勵磁繞組后，由于永磁極磁阻大于鐵心極磁阻，因此電勵磁磁勢產(chǎn)生的磁通主要通過鐵心極、氣隙以及定子、轉(zhuǎn)子鐵心形成回路。如圖 1-3(b)所示，若勵磁繞組中通過的電流 0fI （方向與圖 1-2(a)所示相反），根據(jù)右手定則可以得出同一極端永磁體極和鐵心極磁場方向相同，軸向磁場增強，使得氣隙有效周向磁場減弱，起弱磁作用。（3）若勵磁電流與圖 1-2(a)所示方向相同，即 0fI ，如圖 1-3(c)所示，則同一極端永磁體極與鐵心極磁場方向相反，軸向磁場減弱。隨著fI 的增加，用于能量轉(zhuǎn)換的氣隙有效周向磁場增強，起增磁作用。

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