开关磁阻电动机转矩特性的检测与建模研究

针对开关磁阻电动机具有很强的多变量耦合及非线性,其转矩特性的获取以及转矩的数学模型的建立均十分困难的问题,对如何获得开关磁阻电动机的转矩特性以及如何建立其转矩的数学模型进行了研究。提出了一种基于暂态电流和稳态电流的转矩检测实验方法,对一台4相8/6极开关磁阻电动机进行了转矩检测实验;与此同时,基于转矩检测实验数据,采用曲线拟合的方式对开关磁阻电动机的转矩特性进了数学建模,并提出一种基于区间分段的拟合方法。研究结果表明,该转矩检测实验以及转矩数学建模方法是有效的。     

基于Simulink的8/6极开关磁阻电动机的直接转矩控制仿真

直接转矩控制(DTC)可以有效地抑制开关磁阻电动机的转矩脉动,但是当前三相开关磁阻电动机(SRM)的直接转矩控制方法并不适用于任意相的开关磁阻电动机.为实现四相8/6极开关磁阻电动机的直接转矩控制,在分析开关磁阻电动机数学模型的基础上,介绍了开关磁阻电动机直接转矩控制方法的基本原理,在Matlab/Simulink环境下利用基本模块建立了8/6极开关磁阻电动机的直接转矩控制仿真模型.基于功率变换电路的状态,给出了8/6极开关磁阻电动机电压矢量的选取规则,介绍了磁链矢量的计算方法以及扇区的判断方法,并利用Matlab/Simulink中的二维查表模块建立了开关表.最后,加入了速度PID控制器,并对该模型进行了仿真研究.研究结果表明,该控制方法是正确且有效的.     

基于MSCO-RBFNN控制的开关磁阻电动机在工业缝纫机中的应用

为实现开关磁阻电动机(Switched Reluctance Motor,SRM)无位置传感器控制并减小转矩脉动,以推动SRM在工业缝纫机上的进一步应用,提出一种基于变尺度混沌优化的径向基神经网络(MSCO-RBFNN)方法,对开关磁阻电动机进行建模,以一台四相8/6极750W开关磁阻电动机为样机建立有限元模型(FEM),获得磁链、电流与转子位置关联样本数据,对MSCO-RBFNN模型进行训练和测试。Matlab/Simulink软件仿真和数字信号处理(DSP)实验结果表明,MSCO-RBFNN模型具有较好的收敛性能,所计算的转子位置与实际转子位置的误差较小,使电动机换向准确,减小了电动机的转矩脉动。     

基于SMO的开关磁阻电机无位置传感器控制仿真研究

针对开关磁阻电机中位置传感器的引入用所带来的结构复杂程度以及系统的成本的提高、电机可靠性以及坚固性降低等问题,提出了一种新的基于滑模观测器的开关磁阻电机无位置传感器控制方法:采用五点法磁链模型,结合滑模观测器实现了转子位置无位置传感器控制。该方法以转速以及电机转子位置作为状态变量,以实际磁链以及估算磁链的偏差作为滑模面,构建出了滑模观测器,对转子位置进行了间接检测。然后利用Matlab仿真软件搭建出了12/8极开关磁阻电机的仿真模型,并在Simulink环境下对开关磁阻电机进行了仿真研究。研究结果表明,所给出的无位置传感器控制方法可以有效地估算出电机的转速以及转子的位置,测量得到的转子位置误差小,具有较好的鲁棒性以及抗干扰能力,动态性能较好。     

基于LabVIEW的开关磁阻电机特性测量系统

为了获取开关磁阻电机(SRM)准确的电磁特性,文中基于SRM间接磁链原理,采用虚拟仪器技术和多功能数据采集卡设计了SRM磁链特性测量系统。该系统通过板卡PCI-1715u采集SRM定子绕组的相电流、相电压,经PCI总线上传至上位机;上位机采用LabVIEW编程设计,并对采集到的相电压、相电流数据进行处理,计算出磁链,并实时显示和保存。最终,通过实验获得了SRM样机准确的磁链特性、电感特性和转矩特性。     

开关磁阻电动机实验平台的开发与研究

为研究开关磁阻电动机的运行特性与调速性能,在分析开关磁阻电动机的基本原理与控制方式的基础上,设计了基于数字信号处理器TMS320F2812的四相8/6极开关磁阻电动机实验平台,详细介绍了该平台硬件电路的原理、特性和软件程序的功能、流程;最后,基于所开发的实验平台对开关磁阻电动机进行了多项实验研究。研究结果表明,所开发的实验平台的软、硬件设计具有正确性和有效性,同时也证明了在速度PID控制下,开关磁阻电动机具备优异的调速性能。     

一种改进的四相开关磁阻电机直接转矩控制策略研究

针对开关磁阻电机转矩脉动大、启动时转子震荡的问题,将改进磁链估算模型和PWM技术应用到开关磁阻电机的直接转矩控制策略中。对四相开关磁阻电机的直接转矩控制策略进行了研究,设计了合适的磁链模型和开关表,分析了电机启动时转子震荡的原因,设计了参考转速变化的磁链估算模型;将PWM技术和直接转矩控制策略结合起来,提出了通过占空比调节控制周期内等效电压的大小,进而控制转矩改变量大小的方法;在Matlab/Simulink平台上,对优化前后电机的启动性能和转矩脉动抑制效果进行了仿真分析。研究结果表明:加入改进磁链估算模型后,有效解决了启动时转子震荡的问题,提高了启动转矩;引入PWM的开关磁阻电机直接转矩控制策略具有更好的转矩脉动抑制效果。     

基于电流分配方法的开关磁阻电动机速度控制研究

为解决开关磁阻电动机的速度控制问题,借鉴交流电动机坐标变换的思想,将开关磁阻电动机的给定电流进行了坐标变换,然后再进行一系列的数学运算,可以获得开关磁阻电动机各相的参考控制电流。利用所获得各相参考控制电流对开关磁阻电动机的电流闭环方案进行了研究,提出了一种新颖的电流分配方法,实现了开关磁阻电动机的电流闭环控制。该控制方法既没有用到开关磁阻电动机的数学模型,也没有涉及开关角的运算。采用Matlab/Simulink对于电流分配方法进行了仿真研究,并在实验平台下进行了实验验证。仿真结果表明,该思路具有可行性;实验结果证明了设计思路的正确性和有效性。     

基于混沌时间序列支持向量机的开关磁阻电机建模

本文在对开关磁阻电机非线性磁特性分析的基础上,提出了一种基于混沌时间序列支持向量机的开关磁阻电机建模新方法,运用支持向量机的回归理论通过对磁路得到的样本数据集进行学习,在运用混沌时间序列的支持向量机模型中,引人了径向基核函数,简化了非线性问题的求解过程。仿真实验表明,所构建的开关磁阻电机模型是可行的,模型能够反映电机的磁特性,有较高的精确度和预测能力。     

三相开关磁阻电机直接转矩控制系统的研究

为提高开关磁阻电机的动态性能,将直接转矩控制方法应用于开关磁阻电机调速系统。以电磁转矩和磁链作为控制变量,比较给定转矩和反馈转矩以及给定磁链和反馈磁链的大小,给出磁链和转矩的增、减趋势,通过查询电压矢量表确定功率变换器的触发相位,使电机运行。在MATLAB/Simulink环境下,进行了开关磁阻电机直接转矩控制算法的仿真实验。结果表明,采用直接转矩控制策略可以改善开关磁阻电机的动态性能。     

基于十八扇区细分的含零矢量PMSM-DTC研究

针对含零矢量的永磁同步电机直接转矩控制(PMSM-DTC)系统,在磁链圆扇区分界线处弧段出现磁链畸变、幅值调节迟缓的问题,从电压矢量与磁链的数学关系入手,根据零矢量所特有性质,分析了有效矢量和零矢量对磁链调节的影响,阐述了出现该问题的根本原因,指出零矢量在扇区分界处应用的一些缺陷,提出一种部分区域替代零矢量的解决办法。该方法将磁链圆均分为18个扇区,通过选择最优电压矢量替代扇区分界处的零矢量,从而使该区域更具可调控性,使用了Matlab/Simulink建立了相应的仿真模型,最后对上述理论分析进行了实验验证。研究结果显示:该方案可有效改善磁链和转矩波形,为进一步研究提供了相应依据。     

Sensorless control for switched reluctance motor based on special position detection

This paper proposes a new sensorless control approach for switched reluctance motor (SRM) in the single pulse control mode in high speed operation. The sensorless method uses the cross point position of transformer electromotive force (EMF) and motional back electromotive force (BEMF) to estimate the rotor position. The cross point position can be derived from the inductance model of SRM, and it is regarded as reference position. The rotor position can be calculated by detecting the special position for each electrical cycle. The proposed position estimation method is not affected by the magnetic saturation of SRM. Importantly, no additional hardware and no complicated computation or memory storage are required with the proposed method. Finally, the simulation and experimental results on a three-phase 12/8-pole SRM demonstrate the validity of the proposed sensorless scheme.     

面向高温超导钉扎磁悬浮列车悬浮特性研究

面向高温超导钉扎磁悬浮列车的磁轨关系,测试了不同场冷高度下双峰永磁轨道和高温超导块组合的悬浮力特性,得到了悬浮力随距离的增加先增大后减小且具有明显磁滞特性的规律。为了优化高温超导块组合和永磁轨道的参数,基于冻结镜像模型提出了等效处理高温超导块组合的方法,为了获得捕获磁场,建立了两者配对的仿真分析模型。基于捕获磁场和低相对磁导率计算高温超导块组合所受引力与斥力,由此仿真得到不同场冷高度下悬浮力与悬浮间隙的关系。结果表明,不同场冷高度下的仿真结果和实验结果在场冷高度小距离范围内具有较好的符合性,验证了等效处理方法的正确性,为高温超导钉扎磁悬浮列车的悬浮力计算提供了一种简单有效的方法。     

电动车用交流异步电机宽速域控制策略

针对异步电机转速控制中传统电压型磁链观测方法引起的直流偏移问题,设计了通过截止频率实时调整的饱和反馈低通滤波磁链观测器。为解决传统弱磁计算不准确问题,提出了一种恒压弱磁控制方法,有效地实现了恒转矩区和弱磁区的平稳调速。在建立基于转子磁场定向的交流异步电机矢量控制数学模型的基础上,制定了一种综合考虑恒转矩区和弱磁区的基于MRAS系统的转速控制策略。对所提出的控制策略进行了仿真与实验,结果表明系统获得了良好的控制效果,验证了算法的合理性和有效性。     

Modeling and controller performance assessment for a switched reluctance motor drive based on setpoint relay

This paper considers the implementation of a current control method for switched reluctance motors (SRMs) and presents a novel approach to the accurate on-line modeling of an SRM drive. A simple autotuning technique for the SRM drives using a PWM controller is considered. Furthermore, conventional PI control and Internal Model Control (IMC) are considered to validate this method and present corresponding robust control analysis for the process. The control structures are comparatively analyzed using standard robustness measures for stability and performance. The proposed PWM controller is simulated and a hardware prototype is then implemented using digital signal processor control to evaluate the method using a 12/8, three-phase SRM. The experimental results of the SRM drive model validates the performance of the current loop.     

Design and performance analysis of an iterative flux sliding-mode observer for the sensorless control of PMSM drives

To improve the performance of permanent magnet synchronous motor (PMSM) drives, a sensorless control scheme based on a novel iterative flux sliding-mode observer (IFSMO) is proposed in this paper. Two major drawbacks of the conventional sliding-mode observer (SMO), namely, chattering phenomena and high-order harmonics, are discussed. These drawbacks affect the estimation accuracy of the SMO and reduce the control reliability of the system. To eliminate high-order harmonics, a flux SMO is designed by expanding the PMSM state equations with the PM flux. The flux SMO estimates the rotor speed and position using the flux linkage instead of back-EMF information. Moreover, to reduce the chattering in the estimation results, the proposed flux SMO is iteratively used in one current sampling period to adaptively adjust the observer gain. An overall PMSM sensorless control system based on the proposed IFSMO is designed, and an experimental platform using the TMS320F28335 digital signal processor (DSP) controller is built. The superior chattering reduction and harmonic suppression characteristics of the proposed IFSMO are experimentally validated, and the experimental results verify the feasibility of using the proposed IFSMO-based PMSM sensorless scheme in practical applications.     

Optimization of weld bead geometry in the activated GMA welding process via a grey-based Taguchi method

We optimized the weld bead geometry of 6061 aluminum alloy welds pre-coated with activating flux before gas metal arc (GMA) welding. In this activated GMA welding process, there were five single component fluxes used in the initial experiment to evaluate the penetration capability of bead-on-plate GMA welds. Based on the higher penetration of weld bead, two single component fluxes were selected to create mixed component flux in next stage. The grey-based Taguchi method was employed to obtain the optimal welding parameters that were considered with multiple quality characteristics such as penetration, depth-to-width ratio (DWR) and fusion area of GMA welds. The experimental procedure of the proposed approach not only increases penetration of 6061 aluminum alloy welds, but also improves the DWR and fusion area of GMA butt-joint welds simultaneously.     

Numerical and experimental investigation on electromechanical aileron actuation system with joint clearance

A closed-loop coupling model at the system-level is developed to analyze the effects of joint clearance on the dynamic responses of electromechanical aileron actuation system. The proposed model considers the coupling effects between the electromechanical actuator (EMA) control performance and dynamic characteristics of linkage mechanism with joint clearance. Besides, the experiments are conducted in a test rig, which verifies the effectiveness of the proposed closed-loop coupling model. The nonlinear contact force model and modified Coulomb friction model are adopted in the joint clearance of the linkage mechanism, and the influences of clearance size on the dynamic behaviors of electromechanical aileron actuation system are studied. The numerical and experimental results indicate that the novel closed-loop coupling model, considering the EMA control performance and dynamics of linkage mechanism with joint clearance at the same time, is an effective model to predict the dynamic characteristics of electromechanical aileron actuation with joint clearance, which provides a practical method to analyze the dynamic performance of electromechanical coupling multibody systems with joint clearance.