无轴承开关磁阻电机直接瞬时转矩控制方法研究

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1、中图分类号：TM359.9论文编号：102870317-SX047学科分类号：085207硕士学位论文无轴承开关磁阻电机直接瞬时转矩控制方法研究研究生姓名张蕾学科、专业电气工程研究方向无轴承电机指导教师邓智泉教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一八年三月无轴承开关磁阻电机转矩与悬浮力的解耦控制研究IINanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringTheRe

2、searchofDirectInstantaneousTorqueControlforBearinglessSwitchedReluctanceMotorAThesisinBearinglessMotorbyZhangLeiAdvisedbyProf.DengZhiquanSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师

3、指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：无轴承开关磁阻电机直接瞬时转矩控制方法研究II南京航空航天大学硕士学位论文摘要开关磁阻电机(SRM)的定、转子均为双凸极，结

4、构简单坚固，起动转矩大，稳定性高，在石油、航空、电动汽车等领域得到了发展和广泛应用。利用与普通SRM结构的相似性，无轴承开关磁阻电机(BSRM)引入了无轴承技术以改善机械摩擦带来的各种问题，进一步发挥BSRM的高速适应性。但转矩脉动大且转矩与悬浮力之间存在强耦合，是制约BSRM运行性能和应用范围的最主要因素之一。本文主要针对双绕组和单绕组BSRM的控制策略进行研究，以改善电机运行性能，提高其容错能力。首先，研究了适用于12/8极双绕组BSRM的直接瞬时转矩控制和直接悬浮力控制策略(DITC&DFC

5、)。阐述了其工作原理与控制方法。该控制策略直接由转矩和悬浮力滞环信号得到绕组电压符号控制开关状态，不依赖于精确的数学模型，控制简单，一定程度上实现了BSRM转矩与悬浮力的控制解耦。仿真和实验验证了该方法能够有效地抑制转矩脉动和悬浮波动，动态性能好。其次，由于单绕组BSRM结构更为简单，更具实用性与通用性等优势，本论文针对单绕组BSRM的控制策略展开了更深入的研究。针对12/8极单绕组BSRM，对比分析了传统电流控制策略、直接转矩控制和直接悬浮力控制策略(DTC&DFC)以及DITC&DFC的三种控

6、制策略各自的特点，实验说明了采用直接控制的方法能获得更好的运行性能，同时相较于DTC&DFC而言，DITC&DFC能更好地抑制转矩脉动，减少损耗。最后，为了提高BSRM运行的可靠性，针对12/8极单绕组BSRM研究了不同控制方法下的绕组故障容错运行。基于12/8极单绕组BSRM的传统电流控制策略，对其绕组短路和开路故障容错运行时的电流数学模型进行优化，并通过仿真和实验验证了改进后的数学模型可以一定程度上补偿了由于绕组故障引起的转矩缺失。为了进一步提高容错性能，基于DITC&DFC策略，通过建立补偿

7、原则和重构电压符号选择表，实现了绕组短路和开路故障下的容错控制。实验验证了该容错控制策略可以有效抑制转矩脉动和悬浮力波动，具有良好的动态性能。关键词：无轴承开关磁阻电机，直接瞬时转矩，直接悬浮力，控制策略，容错运行———————*本课题由国家自然科学基金面上项目（51477074，51577087）资助。I无轴承开关磁阻电机直接瞬时转矩控制方法研究AbstractSwitchedReluctanceMotor(SRM)isakindofdoublesalientpolesynchronousmot

8、or,withtheadvantagesofsimplestructure,largestartingtorqueandhighstability.Ithasobtainedthedevelopmentandapplicationprospectinsomefieldssuchasoil,aviationandelectriccars.BearinglessSwitchReluctanceMotor(BSRM)hasthesamestructureasordinarySRM.The