电动车用开关磁阻电机驱动系统转矩脉动优化设计

开关磁阻电机驱动系统的转矩脉动严重影响了电动汽车的性能。为了达到电动汽车用开关磁阻电机转矩脉动优化的目的,在Matlab/Simulink环境中建立了开关磁阻电机非线性动态模型;利用动态模型仿真得到的转矩数据分析了开通角和关断角对转矩脉动的影响规律;以降低转矩脉动为目标,得到了电机转矩脉动最优化开通角以及最优化关断角与转速之间的关系;设计了基于开通角和关断角可随转速变化的优化控制器。通过优化前后对比分析表明,本文建立的优化控制器能有效抑制开关磁阻电机的转矩脉动,为电动汽车用开关磁阻电机驱动系统的优化提供一定的参考价值。     

电动车用开关磁阻电机驱动系统多指标同步优化

为了提高电动汽车用开关磁阻电机综合性能,在获得开关磁阻电机磁链特性曲线的基础上建立了其非线性动态模型;以改善平均转矩,降低转矩脉动,提高电机效率为目标,提出了一种多指标同步优化开关角度的方法,建立了最优开通角、关断角与转速、负载转矩之间的函数关系;设计了基于可变开通角、关断角的驱动系统优化控制器;定义了均方根电流比例系数、转矩平顺度比例系数和等效功率比例系数3个概念,将多指标同步优化策略与平均转矩最优化策略进行了对比分析,分析及实验结果表明:利用多指标同步优化开关角度的方法建立的转矩优化控制器能很好地平衡平均转矩、转矩脉动和电机效率3个参数指标,达到了优化开关磁阻电机转矩动态特性的目的。     

电动汽车用开关磁阻电机驱动系统设计及优化

为了达到车用开关磁阻电机驱动系统动态特性优化的目的,建立了其动态仿真模型,分析了负载转矩、开通角、关断角对转矩脉动及电机效率的影响及其规律.以降低转矩脉动,提高电机效率为目标,提出了一种双指标同步优化开关磁阻电机控制参数的方法,建立了基于负载转矩与电机转速的可变开通角、关断角控制参数模型.针对不同优化策略结果的对比分析以及实验结果表明,提出的双指标同步优化策略能很好地降低转矩脉动,提高电机效率,达到了优化开关磁阻电机驱动系统动态特性的目的.     

基于非线性模型的开关磁阻电机关断角对系统性能的影响

关断角是开关磁阻电机驱动系统中一个十分重要的控制参数,尤其是在电机的优化运行阶段,关断角的微小变化往往会影响到电机的性能指标,如有效输出转矩、转矩脉动系数、电流及转速等。基于开关磁阻电机的有限元非线性模型对系统的饱和与非线性电磁特性进行了研究,在Simulink环境下建立开关磁阻电机系统的非线性动态仿真模型,将有限元计算的静态电磁数据导入到系统模型中。在此基础上,针对关断角参数进行了仿真研究,分析了关断角对开关磁阻电机系统转矩脉动、有效输出转矩的影响。结果表明：综合考虑各性能指标,合理选择关断角有助于实现开关磁阻电机系统的优化运行,从而提高电机的运行效率。     

基于教与学算法的SRM转矩分配函数优化及控制研究

针对开关磁阻电机(SRM)换相阶段转矩脉动严重问题,提出基于教与学算法的转矩分配函数优化策略。以开通角、关断角、换相重叠角为寻优对象,输出转矩跟随参考转矩能力为评价指标,结合转矩分配函数与直接瞬时转矩控制,构成转矩闭环。为提升系统动态性能,转速环采用分数阶滑模控制方法,将其输出作为转矩环参考转矩。仿真实验结果表明,经教与学算法优化后,转矩可在相绕组换相阶段平滑过渡,且输出转矩脉动得到明显抑制;分数阶滑模较PI控制而言,系统转速迅速进入稳态,且上升过程无超调,有利于提升系统动态特性。     

基于换相重叠角实时变化的SRM转矩脉动抑制控制策略

开关磁阻电机因其特殊的双凸极结构及严重的非线性问题，会导致有很大的转矩脉动存在，严重限制了其应用范围。传统的转矩分配函数受转矩特性和电压限制等影响，在换相期间仍然存在较大的转矩脉动，并且在不同的速度段，受电流变化率及换相周期的影响，在换相重叠角固定时，其转矩脉动现象会更加明显。本文提出一种换相重叠角随转速实时变化的控制策略，通过检测电机运行过程中实际转矩过零点所对应的角度，计算出相对应的换相重叠角，并建立转矩负载-电机转速-换相重叠角之间的查值表，据此可以在不同负载下随着电机转速变化查询最合适的换相重叠角，使开关磁阻电机的转矩脉动最小。最后为了验证该策略的有效性与可行性，以一台3 kW、3相12/8极开关磁阻电机为控制对象进行仿真与实验验证，证明所提方法能够在较宽的速度范围内有效抑制开关磁阻电机的转矩脉动。     

基于RBF神经网络的开关磁阻电机转矩脉动控制

开关磁阻电机的双凸极结构和高度的非线性电磁特性会引起严重的转矩脉动。针对这一问题,提出了一种基于径向基函数神经网络的瞬时转矩控制方法。利用径向基函数神经网络较强的泛化和逼近能力,结合开关磁阻电机样本数据和控制要求,设计转矩观测器,实现电流、角度到转矩的非线性映射。然后将转矩作为转矩内环的反馈,直接控制瞬时转矩跟踪转速外环输出的参考转矩,再结合转矩滞环控制器完成电机的转矩控制。仿真和实验结果表明,所提控制策略具有响应速度快、控制精度高、可适应转速变化等优点,能有效地减小开关磁阻电机的转矩脉动。     

开关角对斜槽转子SRM稳态转矩的多目标优化

开关磁阻电机转子斜槽结构可有效减小电磁径向力,但会导致转矩特性变化。针对该问题,给出了线性模型下斜槽转子开关磁阻电机稳态转矩的解析方法,然后建立了四相8/6极开关磁阻电机模型,采用三维有限元仿真方法,计及端部漏磁,以电流开通角、关断角和转子斜槽角度为优化参数,以平均转矩变化量最小和转矩脉动最小为优化目标,基于正交试验法设计试验方案,通过极差和方差分析确定了相应参数的优组合,并将优化前后的转矩特性进行了比较,结果表明:小的斜槽角度对转矩特性的影响并不大,优化后电机的平均转矩相比优化前只变化了16.01%,但其转矩脉动下降了23.63%。     

基于关断角补偿的开关磁阻电动机转矩脉动抑制仿真

针对开关磁阻电动机(SRM)转矩脉动大的问题,采用模糊控制器对开关磁阻电动机的关断角进行实时补偿,实现SRM关断角自动调节,从而达到减小转矩脉动的目的。采用Matlab／simulink仿真软件,构建SRM控制系统的仿真模型,进行仿真实验。实验证明了该方法的可行性和有效性。     

非线性模型的开关磁阻电动机转矩脉动抑制

针对开关磁阻电动机SRM(Switched Reluctance Motor)转矩脉动大的问题,基于SRM的磁化特性,分析了SRM的非线性模型.采用Matlab/Simulink仿真软件,对SRM、功率变换器及其控制系统建立了动态仿真模型,并用模糊控制器对SRM的关断角进行实时补偿,实现SRM关断角自动调节,达到减小转矩脉动的目的.仿真实验中,转矩脉动系数从补偿前的0.673 0降低到补偿后的0.257 4,证明了该方法的可行性和有效性,为实际SRM控制系统的设计和调试提供了有效的手段和工具.     

基于转矩分配的开关磁阻电机转矩脉动抑制的研究

转矩脉动是开关磁阻电机亟待解决的问题和研究难点之一,其限制了速度控制性能和位置测量精度的进一步提升。基于转矩分配的开关磁阻电机转矩脉动抑制的理论研究已取得较大进步,但由于电机磁路的非线性,使得在实际应用中转矩很难准确反馈。本文根据电机的实际规格和尺寸,采用Maxwell3D计算出在不同转子位置和相电流下的转矩,建立了转矩-电流逆模型;通过合理地设置开通角、换相重叠角和关断角,简化了程序设计,抑制了反向制动转矩;进而根据转矩分配函数,采用电流闭环对转矩进行间接控制。仿真和实验结果证明了该方法可以有效地减小转矩脉动。     

直驱式电动台钻用开关磁阻电机高效控制

直驱式电动台钻用效率较高的开关磁阻电机(SRM)替换单相感应电机,将钻头直接固定到电机转子的输出端,省去传统台钻的皮带、塔轮等机械传动装置,实现直接驱动。为了实现直驱式电动台钻全转速范围内的无极调速功能,提出起动阶段采用电流斩波控制(CCC)提供大扭矩;低速阶段采用基于正余弦电流分配的方法抑制低速转矩脉动;中高速阶段采用电压斩波控制(CVC)+角度控制(APC)的变角度电压斩波组合控制方式对转速进行调节。从而实现了不同控制模式间的平滑切换的控制策略。试验结果表明:所提出的全转速范围的控制策略效率高、调速性能好,可有效提高电动台钻的性能。     

Four-quadrant and zero-speed sensorless control of a switched reluctance motor

A four-quadrant sensorless controller for switched reluctance motor (SRM) drives is presented in this paper. The drive system with appropriate turn-on and turn-off angles for each operating quadrant delivers excellent dynamic performance over a wide speed range including zero speed. The problems associated with practical implementation especially at low and zero speeds have been addressed and overcome with engineering solutions. Experimental results for a 1-kW SRM obtained on a dSPACE-based system are presented along with useful guidelines for practical implementation.     

基于间接位置检测的开关磁阻电机最优开关角的仿真

分析了间接位置检测的方法,具体研究了基于能量优化的简化磁链法检测转子的位置,并就基于转矩最大化的能量优化进行了仿真,得出一系列不同转速下的最优开关角。     

Smart bacterial foraging algorithm based controller for speed control of switched reluctance motor drives

In this paper, a innovative methodology for Switched Reluctance Motor (SRM) drive control using Smart Bacterial Foraging Algorithm (SBFA) is presented. This method mimics the chemotactic behavior of the E. Coli bacteria for optimization. The proposed algorithm uses individual and social intelligences, so that it can search responses among local optimums of the problem adaptively. This method is used to tune the coefficients of a conventional Proportion–Integration (PI) speed controller for SRM drives with consideration of torque ripple reduction. This matter is done by applying the proposed algorithm to a multi-objective function including both speed error and torque ripple. This drive is implemented using a DSP-based (TMS320F2812) for an 8/6, 4-kW SRM. The simulation and experimental results confirm the improved performance of adjusted PI controller using SBFA in comparison with adjusted PI controller using standard BFA. Excellent dynamic performance, reduced torque ripple and current oscillation can be achieved when the coefficients of PI controller are optimized by using SBFA.     

SR电机角度位置控制运行方式下控制参数对其振动影响的研究

本文基于开关磁阻电机(SRM)线性模型和定子振动简化模型,对SR电机角度位置控制(APC)运行方式下的切向力和径向力进行了仿真计算,比较了不同开通角和关断角组合下切向力和径向力的大小.本文研究表明,合理地选择开通角和关断角可以有效地降低径向力.     

永磁同步电机的无速度传感器直接转矩控制

在高性能的永磁同步电机控制系统中,机械传感器的存在会使系统的成本增加,可靠性降低,容易受到外部环境的影响.在叙述永磁同步电机直接转矩控制原理的基础上,采用了一种基于转子磁链的转速估计方法,该方法根据定子磁链角和负载角确定出转子磁链角,进而估计出电机的转速.仿真和实验结果验证了该方法能够在电机全速范围内准确地估计出转速,具有优良的动静态性能,适合于永磁同步电机的直接转矩控制.     

在线建模的开关磁阻电机四象限运行无位置传感器控制

基于在线建模提出了一种开关磁阻电机无位置传感器控制方法。建立了以相电流和磁链为输入、转子位置角度为输出的径向基神经网络模型,以轴编码器实时获得的转子位置角度为学习样本,对开关磁阻电机进行了在线建模。提出了静止状态下激励脉冲法与运行状态下滑模观测器相结合的四象限运行无位置传感器控制策略,实现了电机无传感器运行。实验结果表明,电机转子位置估计误差小于2,象限间切换可靠,具有良好的动态和静态性能,为大功率开关磁阻电机无传感器控制提供了一种易于实现的方案。     

开关磁阻电机角度最优控制

针对开关磁阻电机离线计算或随着负载、转速的变化线性地改变开通、关断角,且在实际运行中不可能是最优的问题,提出了在稳态时使驱动系统的性能指标转击巨／安培最优的开通关断角在线控制方案。给出了一种调整开关角的实现方法,建立了基于最小二乘法预测改变开关角后相应电流值的数学模型,详细地寻找最优转岳巨／安培的流程图。试验结果表明,实际开通关断时刻较离线计算值有所变化。证实了该在线调整方法的必要性和有效性,且该寻优过程不易陷入局部振荡。