本文關(guān)鍵詞：基于容錯控制的無刷直流電機換相轉(zhuǎn)矩脈動抑制研究

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【摘要】：隨著電動汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展,為滿足越來越多的性能要求,其驅(qū)動電機控制系統(tǒng)已成為世界各國的研究熱點。因永磁無刷直流電機具有高效率、低成本、小體積等優(yōu)點被看作是電動汽車驅(qū)動電機的理想選擇。本文以永磁無刷直流電機為研究對象,在方波控制策略的基礎(chǔ)上,對其換相轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法和容錯控制兩個方面進行了研究。首先,本文建立了永磁無刷直流電機的數(shù)學模型,詳細闡述了方波控制策略,并給出了永磁無刷直流電機轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖。其次,分析了永磁無刷直流電機換相轉(zhuǎn)矩脈動產(chǎn)生的機理,并且詳細說明了不同PWM調(diào)制措施對換相轉(zhuǎn)矩脈動的影響。通過對換相期間數(shù)學模型的推導,針對通過PWM調(diào)制方式抑制換相轉(zhuǎn)矩脈動方法的局限性,提出了在重疊換相基礎(chǔ)上結(jié)合電流預測控制策略的換相轉(zhuǎn)矩脈動抑制策略。該策略不但拓寬了換相轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法的電機轉(zhuǎn)速適用范圍,而且具有對電機電感參數(shù)不敏感的優(yōu)點。在該方法的實現(xiàn)過程中,給出了預測電流的補償方法,進一步改善了電流控制效果,并通過仿真驗證了所提控制方法的可行性和正確性。再次,介紹了三相電機逆變器故障類型,選擇逆變器開關(guān)管開路故障作為研究對象。選用基于線電壓檢測的故障診斷方法對永磁無刷直流電機逆變器故障進行檢測。簡要比較了幾種容錯控制方案,著重闡述了三相四開關(guān)逆變器的工作原理。在所選容錯控制方案的基礎(chǔ)上提出了一種基于三相四開關(guān)逆變器的容錯控制策略,并通過調(diào)整PWM的調(diào)制方式減小了電機容錯運行模式下的電流脈動,仿真驗證了控制策略的有效性。最后,基于飛思卡爾公司DSP芯片MC56F8247搭建了永磁無刷直流電機容錯控制系統(tǒng)硬件平臺。進行了換相轉(zhuǎn)矩脈動抑制和容錯控制策略的軟件模塊搭建,編寫了控制算法,完成了系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試。實驗驗證了本課題方案的可行性與正確性。
【關(guān)鍵詞】：永磁無刷直流電機 換相轉(zhuǎn)矩脈動抑制 電流預測控制策略 容錯控制
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM33
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 注釋表12-13
• 縮略詞13-14
• 第一章 緒論14-20
• 1.1 課題背景與研究意義14-15
• 1.2 永磁無刷直流電機簡介15-16
• 1.3 永磁無刷直流電機換相轉(zhuǎn)矩脈動抑制技術(shù)的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 永磁無刷直流電機容錯控制的研究現(xiàn)狀17-19
• 1.4.1 逆變器故障診斷方法的研究現(xiàn)狀18
• 1.4.2 逆變器容錯方案的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.5 本文研究內(nèi)容19-20
• 第二章 永磁無刷直流電機的數(shù)學模型及控制策略20-29
• 2.1 永磁無刷直流電機的結(jié)構(gòu)特點20-21
• 2.2 永磁無刷直流電機的數(shù)學模型21-23
• 2.2.1 定子電壓方程21-22
• 2.2.2 反電勢方程22
• 2.2.3 電磁轉(zhuǎn)矩方程22-23
• 2.2.4 運動方程23
• 2.3 永磁無刷直流電機方波控制策略23-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第三章 永磁無刷直流電機換相轉(zhuǎn)矩脈動的分析及抑制方法研究29-45
• 3.1 永磁無刷直流電機換相轉(zhuǎn)矩脈動產(chǎn)生的原因29-31
• 3.1.1 物理理論分析29
• 3.1.2 數(shù)學模型推導29-31
• 3.2 PWM調(diào)制方式對電磁轉(zhuǎn)矩脈動的影響31-36
• 3.3 永磁無刷直流電機換相策略的研究36-39
• 3.3.1 重疊換相方法的提出36
• 3.3.2 電流預測控制策略的基本思想36-38
• 3.3.3 基于電流預測控制的換相轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法38-39
• 3.4 基于電流預測控制的換相轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法的仿真及分析39-44
• 3.5 本章小結(jié)44-45
• 第四章 永磁無刷直流電機容錯控制技術(shù)研究45-60
• 4.1 永磁無刷直流電機容錯控制逆變器拓撲結(jié)構(gòu)及控制理論45-54
• 4.1.1 永磁無刷直流電機故障檢測和診斷45-49
• 4.1.2 永磁無刷直流電機容錯控制逆變器拓撲結(jié)構(gòu)49-51
• 4.1.3 永磁無刷直流電機容錯控制策略51-54
• 4.2 永磁無刷直流電機容錯控制系統(tǒng)設(shè)計54-55
• 4.3 永磁無刷直流電機容錯控制系統(tǒng)的仿真及分析55-59
• 4.4 本章小結(jié)59-60
• 第五章 永磁無刷直流電機容錯控制器設(shè)計60-75
• 5.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計60-66
• 5.1.1 DSP核心控制系統(tǒng)設(shè)計61-63
• 5.1.2 主功率電路設(shè)計63-64
• 5.1.3 采樣調(diào)理電路和保護電路設(shè)計64-66
• 5.1.4 容錯電路設(shè)計66
• 5.2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計66-70
• 5.2.1 主程序67-68
• 5.2.2 PWM中斷子程序68-69
• 5.2.3 換相預測電流算法的實現(xiàn)69-70
• 5.2.4 容錯控制算法的實現(xiàn)70
• 5.3 實驗結(jié)果與分析70-74
• 5.3.1 換相轉(zhuǎn)矩脈動抑制實驗70-71
• 5.3.2 容錯控制實驗71-74
• 5.4 本章小結(jié)74-75
• 第六章 總結(jié)與展望75-77
• 6.1 全文工作總結(jié)75
• 6.2 后續(xù)工作展望75-77
• 參考文獻77-81
• 致謝81-82
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術(shù)論文82

【參考文獻】

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本文編號：666369