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双凸极永磁电机(DoublySalientPermanentMagnetMotor,简称DSPM电机)调速系统是随着功率电子学和微电子学的飞速发展而在90年代出现的一种新型可控交流调速系统,具有结构简单、控制灵活、高效率高功率密度等优点,正受到人们越来越多的关注。
本文首先介绍了DSPM电机的由来,综述了国内外的研究概况,指出目前国内外的研究主要集中在电机的基础理论、静态特性、控制策略以及新结构DSPM电机的开发上,而对调速系统控制方法、降低转矩脉动率以及系统无位置传感器运行的研究很少涉及,但这三者对提高DSPM电机调速系统性能是至关重要的,因此展开对三者的研究,不仅具有重要的理论意义,而且具有很高的实用价值。
在分析了DSPM电机运行的基本原理基础上,建立了DSPM电机的数学模型,分析了DSPM电机的机械特性,为DSPM电机系统的分析奠定了理论基础。
针对双凸极永磁电机调速系统转速与转矩、电流等参数具有很强的非线性关系这一特点,提出了适合于单片机上实现的积分分离自调整模糊PI控制器和变参数PI控制器。在积分分离自调整模糊PI控制器中,介绍了模糊控制规则的生成方法以及模糊控制器与PI控制器的对接,在建立仿真模型的基础上,用遗传算法对其量化因子和比例因子初始值进行优化,使之在双凸极永磁电机调速系统的调速调负载过程中,获得了良好的动态和静态特性;在变参数PI控制器中,根据常规PI控制器参数的不同作用,设计了易于单片机计算的参数可变的PI控制器,并通过仿真模型用遗传算法对变参数PI控制器进行了整定,仿真分析和实验均表明变参数PI控制器比常规PI控制器拥有更广范围的动态和静态特性。
从DSPM电机转矩产生的原理出发,导出了转矩脉动率的函数表达式,分析了斩波情况下转矩脉动率产生的主要原因,提出了通过优化控制角来降低转矩脉动率的方法,针对目前广泛研究的两种电机(6/4极和8/6极)转矩分布的特点,采用了不同的转矩脉动率降低方案,通过遗传算法优化了控制角,并进行了实验验证。
分析了在斜槽情况下电机转矩脉动率的大小,针对斜槽情况下反电势近似正弦,分析了8/6极DSPM电机实行两相运行时所需的硬件构成和相应软件所要完成的任针对DSPM电机磁链、位置角和电流之间的强烈非线性特性,提出用非线性模型描述非线性特性的概念,利用改进的自适应模糊神经网络建立了磁链、位置角和电流之间的非线性模型,为今后进行DSPM电机的实时在线控制研究奠定了基础。
实现了基于80C196KD微处理器的充分实现DSPM电机调速系统各项性能的硬件和软件系统,分析了功率变换器器件选择原则,研究了位置、电流等信息的检测方法,对硬件和软件所要实现的功能进行了合理分工,并进行了相关的实验研究。
最后,基于电压平衡方程提出了无位置传感器运行方法,在电势过零检测理论的基础上,设计了无位置传感器运行实现电路,分析了无位置传感器控制的实现过程,初步实验证明无位置传感器运行是可行的。