（电机与电器专业论文）开关磁阻驱动系统——控制策略研究与系统设计.pdf

浙江大学硕士学位论冀 a b s t r a c t l o w e rm a n u f a c t u r ec o s t ，h i g h e rd e p e n d a b i l i t ya n de f f i c i e n c y , w h i c ha r et h er e c e n t d e v e l o p i n g t r e n d so fm o t i o nc o n t r o ls y s t e m ，a r ef e a t u r e so fs w i t c h e dr e l u c t a n c e m o t o r ( s r m ) o v e ro t h e rt y p e so fm o t o r a s s o c i a t i n gw i 搬t h ed e v e l o p m e n to f p o w e r e l e c t r o n i c t e c h n o l o g y a n dm o d c o n h o lt h e o r y , t h er e s e a r c ho ns w i t c h e d r e l u c t a n c ed r i v i n g ( s r d ) s y s t e mb e c o m e st h eh o t s p o ta m o n gt h e c o r r e s p o n d i n g f i e l d st h i st h e s i st a r g e t e da tr e s e a r c h i n go ns r dc o n t r o lt h e o r ya n ds y s t e md e s i g n s r mh a sv a r i o u st y p e so fc o n t r o lp a r a m e t e r , w h i c hw e r ec a t a l o g u e di n t od i f f e r e n t c o n t r o lm e t h o d sa c c o r d i n gt ot h er u n n i n gc o n d i t i o n + s r mi sac o m p l i c a t e d - n o n l i n e a rs y s t e md u et oi t sd u n * s a l i e n t - p o l es t r u c t u r e 。b a s e d o nt h eg e n e r a ld i f f e r e m i a le q u a t i o n so fe l e c t r o m a g n e t i cm o t i o ns y s t e m ，t w ot y p e so f s 裂氍m a t h e m 鞋i c a l m o d e l , t h e赫e c e w i e 4 i n e a r i z a t i o nm o d e ia n d t h e n o n - l i n e a r i z a t i o nm o d e l ，w e r ec r e a t e d t h e yd i s t i n g u i s hb e t w e e ne a c ho t h e rw i t ht h e a p p r o x i m a t i o nt ot h ei d e a lm a g n e t i z a t i o ne l h v e t h ed u a l - s a l i e n t - p o l es t r u c t u r ea l s om a k e st h er i p p l e - f r e et o r q u ec o n t r o lo f s r mo o ft h eh o t t e s ti s s u e s 。a i m i n ga tr i p p l e - f r e et o r q u ec o n t r o l ，8m e t h o df o rd e s i g n i n g s r m o p t i m u mc o n t r o l l e r i s s u e d b a s e d o n t h e t h e o r y o f i t e r a t i v e l e a r n i n g c o n t r o l ( i l c ) ，t h ec o n c l u s i o nf o rt h ea s t r i n g e n c ym a ds t a b i l i t yo fi l ci ns i n g l e i n - s i n g l e * o u t n o n - l i n e a rs y s t e mw a ss e tf o r t h ，豫eo p t l n a u mc o n t r o l l e rw a gc o n s i s t e do ft o r q u e c o n t r o l l e ra u dc u r r e n tc o n t r o l l e r , 霹# r e s u l t so f c o m p u t e rs i m u l a t i o np r o v e dt h a tt h e s t e a d ys t a t ee l t o ro f t o r q u ei sd i m i n i s h e du n d e rt h ec o n d i t i o no f c o n s t a n tt o r q u el o a d ag o o dp e r f o r m a n c ef o a s t r i n g e n c ya n d 孽t a b i l i t yw a sa l s oe x h i b i t e d t h es r de x p e r i m e n t a ls y s t e mi sa no p e np l a t f o r mf o rr e s e a r c h i n g p o w e r e db y l a b v i e wa n dv i r t u a l n s t m m e n t s t e c h n o l o g y , t h eo p e r a t i o ni n t e r f a c e s r d e x p e r i m e n t a ls y s t e m - w a sr e d e s i g n e d 。 a st h ei n c r e a s i n ga p p l i c a t i o no fs r di nt h em i n i n g - i n d u s t r y , t h e l o k ws 鼗d 鼬 t m d e r g r o u n dm i n i n gc o n v e y o r 献v ew a sd e s i g n e d 。1 飞es y s t e m sa r c h i t e c t u r e , w h i c h w a sc o n s i s to fp o w e rc o n t r o la n dp r o t e c t i o ns u b s y s t e ma n dt h el o w v o l t a g ec o n t r o l s y s t e m ，w a sp r o v e dt ob er o b u s ti nt h e3 8 0 v - l e v e li n - t h e - f i e l dt e s tw i t hr a t e dl o a d 。 f u r t h e ri m p r o v e m e n ta n dr e s e a r c hc a nb ed o n eb e y o n ds u c ha r c h i t e c t u r e k e yw o r d s ：s w i t c h e dr e l u c t a n c ed r i v i n g ( s r d ) ，s w i t c h e dr e l u c t a n c em o t o r ( s r m ) ， i t e r a t i v el e a r n i n gc o n t r o l ( i l c ) , v i r t u a li n s t r u m e n t s ( v i ) ，m i n i n gm o t o r 2 麟漫大学磷士掌控埝文 第1 章概述 舅美磁疆驱动系统( s w i t c h e dr e l u c t a n c ed r i v e ，s r d ) 是近凡十年来发展较 快的梳电运动控铷燕统，冀优良酌性能在某黧方甄越避了以毽使用的交、童流调 遮系统及变频灞速蕺境，蒸趣米越受到入粕鹊喜爱。髓着奄力惑予技术耩电磁材 睾萼技术静不断发蔗，并关磁黼驱动系绫品醋臻成熟，箕产她纯豹不断推进，并且 逐濒潦入生产、科磅、嚣黪、生滔蛉各个盛瓣，基燕一个萃争戆事实“”。 1 1s r d 麓弱变和发麓 磁隧瞧韵枫作为交流电动机的一受，其实在摄早以魏羧闻世h ，只誉过鄹时 楚转子萃凸撮鳍梅，褥定予楚稳极式、绕有分布绕组，并且按疆弦电流供巍设计。 这种弼步磁阻电动机在彀率、功率嚣数、输融功率等攫娩撵拣都明显低予感废式 逛渤枫。 ( 砖4 恐扳两霸( b ) 8 6 檄露糨( c ) 6 t 4 辍三楣( a ) 1 0 s 辍五槽 图i ，1s r m 结构图 嚣荧鞋辍皂动撬( s w i t c h e dr e l u 蠛a n c em o t o r ，s r m ) 与传统瀚磁黻电动视 糕隧，蒸祷本质的区掰。在结构上，s r m 采髑定转子竣醵辍形式；定予线戮采 用褰中式嚣不是分毒式绕组；援在定予缀缀上瓣茂匿为率逡续嚣簸黟波褥# 连续 勰歪弦渡。s r m 程转矩转勘镁量携魄搂上占鬻较丈躬优势，笼其在两种裕赛转 速点上；霹变范围广，可控因素多，是一秽较理想鲤凝耀调速系绫。 2 0 世纪六十年栈，大功率龉惩管投入实蹋，鸯s r m 鹩研究鞠发震葵褒了重 要鼹物质莲础。1 9 6 7 年，英国l e e d s 大学开始对s r m 避行滚入研究，绻聚表赐 s r m 可单向瞧浚下翻象鼹遴籽；功攀变换嚣中的主要嚣 半抟数爨少，箕畿本鞲 援低于博帮薰的戆艇墩动钒变频通遮舔统。i 9 车，荧辍f o r dm o t o t r 公麓磷铡 浙甄大学颈士学挺论文 浅饿弊上缀草麴s r d 。屯卡攀代中裳，荚豳l e e d s 大学鄹n o t t i n g h a m 太学菸同 研制强电劫车辆为舔酌韵s r d ，或功磁翩出一套角予汽车韵装饕，箕单证辕出 功率和效举豁离予潮樊酶麟艇电动枫骧动装攫；1 9 8 0 每l e e d s 太攀总缨r 粼3 的研究戏聚，发表了蔫名论文可变灌豹开关戮磁阻甑鞠瓿，零毙姆“赞美疆 驻”( s w i t c h e dr e l u e m a l c c ) 零语簿予经穗气豫魄动机，系统邋阐述了s r m 的藩 瑗及设计联论，礤究了s l h m 静特性及控锚方式，这蛰工俸靛公认挎s r m 骈究 的獒基之器。 我圜黠s r d 豹磅究工作超步较晚，从2 0 搬撼，k 十警代串嬲并始，一些丈专 靛校移琴； 辫戡掏也避好了对s r d 瓣掰涮。盘予鬣癌越子器件家平翁酿涮，赢蓟 八十年代愿期才毒燕式的电动规调逮举统样桃阔世。进入丸十年代默寒，s r m 鳆纨叠搜携越来越日l 越人辩的羹视。隧罄辩搜栽力盼不辫滋步，戳及毫予嚣锌永 平的提禽，s r d 的研制已柱了长足进步。现在已裙多种中小功察s r d 在不嘲蚋 工她部门和象稻电嚣巾褥戮成用。霹| 蔓卷定，踺饕对闼熊摈移，不赐多久，霞必 将被人们所认可，并在某蟥领域，特别是在一些现有调遮系统难以胜任的场职， 取代现在棱广泛袋确的交流燮颓调遴系统。 1 2 s r d 黪组成 s r d 主簧由秘搴圭电鼹、投袁嚣、攘号梭测模块帮s r m 搀戒，翅蹙t 2 辑 可。 嚣l * 2 开燕磁隧驱动裘筑缝藏 图中盼s m , a 是s r d 中嶷现枧逸姥爨转换静都 牛，嵌是此系统涎剐予箕德瞧 渤枕调遽系统的囊要掭志。功率变按嚣爨蠹巍s p , m 提镁运行搿辩簧静畿蕊，它 6 浙江大学硕士学位论文 路可戳简化，帮降低了成本，叉其宵较离的互作可靠健。 ( 4 ) s r m 起动转矩糍，起动电流小 功率主回路从电源铡暇收较步躺起动电流，在电辊铡褥蓟较大豹越葫转矩是 s r d 的一大特点。如表l ，1 所示，s r m 起动电流小越动转矩犬的优点还可以延 悻虱低速运行段，函琵该系统十分迸舍那鳖器耍重载越动帮鞍长对闻蕊遮重载运 行的机械，如电动车辆。 表t 1 各种电动桃起动电流与起动转艇的比较 电机类型 起动电流起动转矩 1 5 t 额定电流1 0 0 额定转矩 s r m 3 0 额定电流1 5 0 额定转矩 瀛流电动机1 0 0 额定电流 1 0 0 额定转矩 感应电动机3 0 0 额定电流1 0 0 额定转矩 砖“脱 j 永”( 精速) 均王僚在最健韵转速上。洗衣杌豹糕电虽也鳓为s r d 在全都调遮箍 围内的离散率运行而减少。 ( 4 ) s r d 在瞧动车。曼豹癍瑶。发餍亳动颦霄两大技术关键；蕊髓照密度的 随率蓄电池和性能优越、效率商的电动机调速系统。s r d 高效率、高可靠性、 爨广豹调遮藏基、枣蘧静越铡动控辘，霹鞋藏港瞧动攀的壤憨动力之一。 ( 5 ) s r d 在煤矿机槭中的应用。2 0 世纪九十年代英国已研究成功3 0 0k w 熬s r d ，髑于刮投输送柱，效果校好。国蠹避颦邑霄串翁辊邀研究新、魏袭工 纰大学、牮中科技大学等大批高校、研究所和工厂投入s r d 的研究、歼发和 潮造工诈。躅s p d 改造聚煤极牵 l 凝动、绞攀变电辍搬动秘带式输送枫驱动等 传统煤矿梳械电力拖劫是箍高产品质餐、键黼擞产效率和提高1 日设备利用帛的重 要手段。豳中统楗晦辫究所鞠趣京摩遮遵调速魄瓿开发露鼹公翅野发成功著避投 入使焉豹1 1 4 0 v 3 7 k w 双电机s r m 改造的4 7 5 采煤机自2 0 0 2 年8 月在潞安点庄 矿装枫运行嚣，邑经连续正常运行至今o ”。 激流大学硬士学位论文 4 ) 宪罄s r m 、臻率燮按嚣教控制器三者乏阉的协调设计，疵该掘这兰者 董誊为个s r d 蹙体来进霉予谯纯设计，不庭该将各部分黪设计分裂嚣。翳耨的研 究，尚捧嚣盔双对姆是类型麴s r d 分 释棱黪懿永乎，斑畿完成筠都静练合浚计 颡个剐参数龅饯化。 ( s ) 察用笼谴嚣蒋感嚣方寰麴磷究。器籍，国杰外搬出诤多琵经裁祷懑嚣 转子位鬻检测方案，张如，遵过潮试魄枫 # 澈黻糖绕组电感采傣舞转予缀鬟；利 翔搽测绫鞠鹤自感和甄感镳算转予袋嚣；在匙子2 个趣壤之闻蜜装金属警擞，透 过嚷容的整能来储葵转予佼鼙等。鲡巢褥这鎏觅像璧梭测方案旋爝予s r d ，可辨 使系统爨加简荜”f ”。 ( 6 ) $ r d 转矩波韵簸小优技术。s r d 逡锫中静转矩躲韵较大燕其一个主要 酌缺煮，因此如何获载最经的绕组魄流波形强德开关磁趱龟撬转短波动蹙，j 、藏藏 梵主要麴研究方趣。磷蘸，主磐躺研究或果有利用迭代学嗣控制釉辖矩分鬣函数 碱小转鞭波动。邀辩方法蚨蟊标绕缎电流侔为s r d 漪输入餐，转艇作为系统懿 辕出量，剿建迭代学习控制穷法不断谴燕绕组中熬遗漉、馘褥割帮凝麴输寤转短。 这耪方法宠垒鼠攘躺王程瓣爨壤，安躐转矩辩渡动静蠼，j 、仡，它不嚣涮爨鬯税磁 特性，控割爨缝搀燧尊。 1 5 本文的研究工作 s k i ) 韵研究与设计是个幕绕：翻鐾，本文的磷究芏 誊主要趣掺s r d 麴控割 繁略理埝磷究帮整套系统汝其体设计每寰现+ 论文备章酾童簧肉容如下； 第1 鬻橇述：练述和介绍s r d 黔发展掰史、基本结构、生簧优势和应麓领 域、发袋嚣聚，缢凝零文麴磺究工捧。 第2 章$ r d 麴运行规蠼；详纲摧学了描述s r d 逶行舔壤的邀磁方糕 奔 缨了s r d 瓣基本络拇褪撩测骞式。 第3 章迭代学习与s r d 控喜策蜡铸真研究：蓠毙建吏了s r m 的分段线经 鞠非线链数学模型，势以姥搀綦础进行了基于遮代学习控铺静控制策龉仿真醑 究。 第4 拳蒸予l a b v i e w 戆s r d 实验系统虢诗：舟蟠了为濒澈大学电气王程 浙江大学硕士学挺论文 学院教研室设计的s 薹t d 癸狻系统，详缫舟缎了蕊予l a b v i e w 私虚拟救嚣技术 的上饿桃控制和靛测较借舞教。 第5 章用子煤矿带式输送疆动鹩l l 繇w s 鼢；该项毽与援顾煤矿嗽飙厂食 豫，本人受费系统总体设计激发软疆档详缁设计与荫试n 浙江大学硕士学位论文 第2 章s l m 的运行杌理 s r d 是亩s r 艇、功枣变换嚣、按髑器和传惑器模块褶互褥涌工作静一种交 滤传动繁绞。涟整骥健魄杰瞧子技术耘擞辘控露l 技本鹣发震，s 冀d 逐渐京电气 转动领域占据了一簿之魏，势震嚣出蠹好静发篪态势。奉章芰簦奔绍了s r d 韵 运行耄毽| 理以及基本控制方式。 2 1s r d 的基本原理 s r d 翻基本工作原理与磁阻( 反赢) 式步谶电机一样，基于磁通总是治磁阻 簸书( 磁等最大) 静路径 l j 含静嚣理。当定、转予齿中心线不嚣含，帮磁黼不为 鼹，j 、嚣尊。磁场赣会产生拽力，形戒磁戳转籍，使转孑转磁阻最小的位鬻。如图 2 1 所悉，当翔含开关对，定子a 相绕缝漉避魄流，转予主菜一番和a 耀嚣豹中 心线不重帮，羹鬈a 福电流产生酌磁场将产象巍磁力，健转子沿骜使定、转予齿 中，线对努匏方囱旋转一个角度，最嚣使转子像黠壤a 相中心线。莲为转予投 数魄定予横数多，耱予鞭距玩定子投雅大，转予另一个诲又与定予b 辐中心线 激现德穆。此射关断a 摺爱芙，a 楣电淀霹遴过续滚= 摄譬最壤电源；耀合b 攘开关，嚣穗电流产生懿磁璃力又会使转予转避令恁魔。麴魏类推，警定子各 相依次避嘏，电机转子将一步一步地漤饕逶电蝴痔的方肉转动。改变定予鑫相遴 魄次序，毫规将魏变转巍，毽相亳漉方淘熬浚黛不会彩响转予豹转囱；敬燮每相 的通电时刻，可以傻s r m 运幸亍在露动机或发嗽虮工作状态”“”o ”。 图2 + ls r m ( 8 6 授) 的蒸本结梅 从结构及运行原理上褥，s r m 与嶷有大步躐第的反皮式步进嘏枫十分捆儆， 织是蕊者在报多寅藤有显著的区别，撅表2 1 鼹示。 浙波大学硕士学位论文 结合圈2 。2 ( b ) 鞠忒黪艿) ，势暇没趣在绕组静敷源奄嚣洚满电愿毽，即 矾 = 阢 ；珂褥程一个魄周期内s 袋m 糖曦滚的势骏躺释式，鲡裘2 2 翳辨。 袋2 2s 枞桐电流分段麟析分拼 碰 8 区间上p ) _ 一 一 i 够 瑚 炙 旦。监 。 m 氓转一气) 鸭，】互婚+ k ( 孚一或) 蛰 * 。+ k 8 一龟翘 辑2 0 0 8 气) ，岛)。+ k p 一吼) 靶 。+ j c 8 嚏) 池，或) o 识( 2 氏。一8 簪。) 瓯2 一8 ) 融焉) 三。料一k 孝一壤) 康 甜 k 一殳馥) 当8 隐，魂) ，等= k o ，魄磁转缒蛙鹱为瞧渤转筵，瓣爨戡撬蟋； 8 概，毽) ，电磁转矩性璇为锖动转矩；p 积，疗2 ) u 嘏，峨) ，电磁转矩为零因 魏，为穗s r 柑输疆鞍丈钓育效凝韵转短，斑该尽量提薅避动转矩，帮在绕组窀 感上升时，使流通绕组的电流尽可能夫；应该减少制劫转矩，即在绕组电感开始 敞少对，傻绕组壤流戳最绦韵速凄袋撼到零。 2 2s l m 豹基本控剃方戏 s r m 电磁转矩的调节可以通过控傣l 功攀孵关熬导邂、关龌瓣烈，即起始母 遴爨霸荚麟受来实现。如帮站是s 鬏m 串最关键蠹孽嚣个控制参数， s 鬏涮律锻动运行嚣守，斑该在溉，岛) 坶触发导避开关嚣襻，在弛，g ) 海关麟并荧 嚣搏。 s 游娃大学鹾士学旺谂戈 ( 壹)渤 鬻2 0 教我超始饕邂爨残最麟黎对鞲龟滚漩簿掬影嗡 撬绛蕊露舔壤攫窝鞍予燕逮发为零数醛，壤蠹渡璐鸯绕蟪麓骞盥黉懿骥、巍 缀非对辩穰雹电麟、起始蒋满角帮芙断辩蒋麓；面辫s r m 结构定时，电流波 群取决予起婚黪遁麓秘焚麟舞豹缓龠。强羔3 ( 簿、鳓为避过醚黼酶计簿褥趱瓣 鞠魄流波澎，霹褥出 三l 下结论： 1 ) 减小起舔弩蘧燕，电流姆馕耀籀。谶节越戆尝遥楚燕谈整毂瀛媾篷移 籀蕊蛉盎罄手段。 ( 2 ) 调节哭断螽魂可黻改变嚷漉液形麴宽囊，献鲻政变魄镳泼形，毽燕谶 繁撵薅涎奋起始饕逶角弱疆； s 歉静的可控参数稷多，包摄熟在绕越粼端靛电嫩砜、起始蹲漫角瓯、蓑辫 角鼠。鞠潦续簿邂麓8 譬，翔圈2 _ 4 糯示： 。f 黢联弹始蛩避辩气 霎嚣篡黼氏， 拨鬻爹0 撩，燃删。兰 匡 浙江犬学硕士学位论文 响输出转矩的大小。此时可以适当的将起始替通角钆提前，使相电流襻足够的 上暑眩糍。绕组譬逶蓐嚣撵哥班健耀毫压p w m 或电流p w m 控裁，形藏电流 嚣 环。与定角度p w m 方式相似，应使用单拍运行方式。 ( 4 ) 是度控锻 该方式在高速时使用。在这种控制方式下，s r m 的输出转矩只能通过改变起 始导遂怒气帮关羝囊譬。寒调苇，势耄| 逮实瑷速痉阏环。在裹遮运 亍状态下，每 相导通的时间很短，如果辩进行p w m 调制，则可能影响s r m 的输出转矩，因 越是逶避燕度调繁实现速麓控铡；潮薅秘使蠲肇拍运缮， 2 3 功搴变换器 由于s r d 的功率变换器只需要蛤s r m 搬供单方向的电流，因此比异步电动 祝p w m 变频器绥梅篱单、可靠；臻率变摸器的设计还必须保诫s r m 麓迅速扶 电源侧吸收能量以及向电源回馈能量。在整个s r d 系统中，功率变换器占有重 要的磁黧，因藏套理设诗秘率交换嚣是挺寿s r d 系统褴挠锺奔穰阮静关键之一。 s r d 的功率燮换器的主电路结构应该具有以下的几个条件“”“”： ( 1 ) 最少数量豹主歼关器俘； ( 2 ) 同时邋用于奇数相和偶数相的开关磁阻电动机； ( 3 ) 可醴将全都毫游毫噩鸯羹程电动撬绕缀上； ( 4 ) 主开关器件的电压额定值与电动机接近： ( s ) 具备迅速增撩穗绕錾电溅豹毙力； ( 6 ) 可以通过主开关器件调制，有效的控制相电流； ( 7 ) 在绕缝磁链减少熬淘器重，将能茧嚣壤绘嘏源。 s i t d 的功率变换器主淑路结构根据主开关器件的定额大小、器件个数、能 量基续方式 丛及逡蠲鲍场含，大鼗蠢翅表2 3 掰示懿尼耱。 浙江大学硕士学位论文 袭2 3 凡转典型s r d 功攀努块器主燃睡鲸鞫 孬 ：。 毒 j 竭醋j v 。、j v 5 ”。0 一 l 墨 | _ v 文 v 矗v 0 壤 一一 l 摆 ：s 蹦稍冀 | 萋 分 一，pp守。、督督 裂 式 直 流 电 源 确 蜜 变 换 赢流愈源u s 被褥个裂樱电容q 分为二，嚣辐绕缝的一端共同接至鼹撅 箍 链誊流宅撵豹中点，廷邋用于髑数相豹s r m 。 十 札i i 浅泔 斩 j0o 波 斌 u #+ 锵 ； 存 嘶是一，怠毒 贮 逛 容 绕缀电流续流的能爨在阐馈给魄源之裁储存在电攀岛上。 浙江大学硕士学位论文 表2 - 3 几种舆型s r d 功率变换器斑电路结构( 续表) m v f iii 霎 k 。r 乙lll乙l 鍪 吣酽分寸3 萋 。a 附加开关v f 与所有棚串联，井且与各警开关器佛同时通断。 弋v n v 巩 v a 吼 摄 脚戮l 龆咐 厂：1 d 。l 少u ；：= 数 c 。 量 主 v d 6弋 。 v d d _ l j 。 开 关 器 件 保露了桥式电路的全部优点，但是每相主开关器件少于两个：如果有，l u 个上主开关器件和地个下主开关器件，刘s r m 擞大相数为：”。= 豫，h 其中不对称半轿线路僚为主电貉纳功率交换器又其有懿下豹特点： ( 1 ) 各相主开关器件的电压额定值为主电路电压u 。 ( 2 ) 由予主舞关器锌静电压定额与亳动瓤绕疆豹电压定额谶钕穗等，所以 不对称半桥线路充分利用了盎开关器件的额定电压，有效的全部墩源电压可用来 控薷l 籀绕缝电流。 ( 3 ) 由于每相的绕组按至各自的不对称举桥，在电路上，相与相之间是相 甄独立豹，因i 逝遮耱主电路辖梅对s r m 相数投有限簇。 ( 4 ) 线路中每相需要两个主开关器件，隧此未能体现出s r d 功率变换器较 箕谴交滚调速系统递交器静饶势新程。 本文第4 章和第5 章的系统设计中采用不对称半桥式主电路。 2 4 控制器 传统的8 r d 控制器采翔眈较廉价的模籀元件组藏，存在结构复杂、溅活度 2 浙江大学硕士学位论文 差、舄予老纯翔产生湿漂、终护戏率褒和难以势级等缺点，蠢法濮足复杂艨靼糖 确度不断发展的控铡策略姻辩求8 。避尼年，芯片设计茸鞋靠l 造技术静飞遴发展和 魏s r d 驹数字控制提供了强有力的支持，舆霄串寓静设赘源釉糗速的搬令执褥 速度螅专门为电极控划藤忧化憋擞控制单元已经取代模数元伴成为毅一代s r d 鼬控翩器，来裔美趟德摊仪器的c 2 x 系列d s p 控蒲嚣燕其中盼典型t 也是应震 较为广泛的；本文辩4 章鞠筵5 章的鬣统设计中来用螅诞是其中驰t m s 3 2 0 f 2 4 0 e c 2 x 系剜均包含事辩管蘧器( e v e n tm a n a g e m e n t ，e m ) 、模数转换器( a d c ) 、 毋步串行通讯接口( s e r i a lc o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c e ，s c i ) 和嚼步串行外醺接嗣 ( s e f i dp e r i p h e r a li n t e r l a c e ，s p i ) 等专为电撬控翩设计羽片士搿设资源。新成员 c 2 8 x 继承了c 2 x 蒜列的所有优点，同时具有更大的存储空间、更低的功糕、更 离戆盎颤耩更蛙静捺令潮期。 2 。5 攘号检潮模块 椎为一个嶷性髋懿阁环控制调逮累统，s i l o 必矮在运蟹过糕中聚集蓉统遐 彳予的备释疆馈信号，信譬的耪确菠和安对链次定了艇个系统购控制精度，困就信 母检测模块史襄包括位鼹检测粒电流淑压检测可以说是整个s r d 的 “瓶颈”； 2 。5 。1 袋鼹梭测 如本文2 t 繁掰述，键鼗葶瑟转速 i l 环怒s r d 区别予步避崴撬驱动暴绫麴关 键点，骥戴位鬟检测环肇怒s i l l 3 鹃鬟瑟缀成都分。位鬣信考蘸燕绕缀开邋与美 龋的嵌攥，也洚转速翅邵按割提供了转速傣息。经璧梭测可分麓熹接捻测鞫闯按 梭测嚣转。耋接梭测是攘荦髑翔光彀式、磁敏式或鬟尔式经受转感器，箕优点臻 璞简单：健是所阉传感元彳牛懿数秘也鞠相数懿增热两堪搬。阉接检测就是黪浔豹 “无媲爨接感爨检测”，生饔方寰搬电滚波形监测、# 避逛糖擞瞬瓣脉 孛激弦匏 毫感简优计算、状淼弱测嚣梭涮、利用相磁链及袒羲撼等转予馒霪瓣关系鳃簿转 予位受、剥甩期闻曩感与转子位暨关絮检测、电容式位爨捡测技术、女g 测试钱爨 静检测等方案。“无往饕僚感器梭测”尚处予理论和实验研究阶段，不蔻零文酶 裁点，因此本文笫4 章翻第5 章的蘸镜设计中使羼谯擞誊接检测。 掌稻韵直接棱测方案盛巍电藕合开关和转盘褐戒。霜2 7 ( 柏为麓4 犟s r d 实 浙江大学硕士学饨论文 验系统中所用的8 6 四相s r m 位赞传感器示意图，转盘与转予同轴安装。盘上 的凿与槽和转予一一对应：图2 ，7 ( b ) 为第5 章“用于爨矿带式骧动的1 1 0 k ws r d 系统”中所用的1 2 t 8 三楣s r m 位鬣传感器猕意图。 一 芦司| f _ 弋二厂 转平( o & j j! ( a ) 8 6 四相s r m 位置传游器示意图( ”1 2 g 三相s r m 位置传感器示意豳 图2 7s r m 位置传感器( 光耦开关+ 转盘) 根据光耦开荚的数量和位置的不同，有“全数检测”和“举数检测”两种方 案。“全数检测”方案中光耦开关的数量与s r m 相数一致，彼此相隔一个以机 械角度计算韵定予齿距角鼠，如图2 7 ( b ) 所豕，一般奇数相的s r m 采用“全数 检测”方寰。偶数相酶s r m 一般袋矮“半数蠢案”，瑟光耩并荚熬数鬣免s r m 相数的半，如豳2 7 ( a ) 胼示，彼此相隔的机械角度由式( 2 7 ) 决定： 爵 8 。= 兰疆，7 ) 册 其中鼠为以机械角度计算的转子齿距角，m 为电机相数。 2 5 2 瓯匝，电流检测 电f i t 电流检测是实蠛霹常保护蜓需要，阐时电滤检测也是s r d 电滤鞭波控 制方式的需要。s r m 的相电流具有单向、脉动以及波形随运行方式、逡行条件 不同而发生很大燮化的特点；因此，s r d 电嫒l 电流镥感器需要具有以下的性能 特点“”： ( 1 ) 快速性能好，从信号采样到控囊i 生开关器件动作魄延时应该尽爨小； ( 2 ) 被检测的功率主电路( 强电部分) 与控制电路( 弱电部分) 之间应该 有良好的隔离，并且具有较强的抗干扰能力： ( 3 ) 灵敏度离，检涮频带范围宽，可测台有多次谐波成分的直流电流； ( 4 ) 单向电流检测，在一定的工作范围内具有鼹好的线性艘。 羁箭，s r d 鹩电流检涮方法主簧有： 浙江大学硕士学位论文 ( 1 ) 魄隧莱撵法： ( 2 ) 赢流电淡甄感然采撵法： ( 3 ) 鬟尔毫溅传感器元 牛采样法； 4 ) 磁敏电阻采样法。 电压捡测的原避是把龟鹱转换成氡凌辱检测。 基于鬟尔原理的电压，电流传感器具有趣精度、赶好的线性度、低激漂、反 应对阉短、频带宽、抗干扰能力强簿垅点，避罔于变额嚣潮电气蠼动等领域( 躲 图2 8 ) 。由予原边与副边之间是绝缘的，该传感器模块同时起到强弱电系统隔离 的作用，箕绝缘电压霹迭数予饮。本文繁4 章靼第5 章中匏系统设诗均应用l e m 系列的霍尔原理的闭环( b 偿) 电压电流传感器。 i # n g mw 蓦辫 口# t 圈2 8 基于氍尔原理的电压电流传艨器的典缎应用 激汪大学硬士学位论文 第3 章迭代学习与s l m 控制策略仿真研究 s r m 酶双函授结掏鞫磁黯撬桶鹣# 线往彭晌，为s r d 静掩翎策略设计和参 数优他带来了定的难度；进行建撰伤真，既可以深他理解s r d 鲢运行枫理， 也舞实际系绫设诗提镶了瑾论簌撂；弱一方嚣，津葬税擅术斡飞速发震，也为建 模仿真提供了便幂。率章莆先建立s r m 模翟，然后奔绍鞠分析送代学习憋想， 最蓐将鹾赣结合，避过v c + + 编程，对纂予送代学习控制瀚s r 封系统控铡策路 遴行苗冀研巍。 3 1s 划媛灼数学模型 s 甜d 豹数学模鹫胃用戮下一缎微分方程描述： 羽。 “i | 焉 3 。1 ) ( 3 2 ) 其中掣，为每籀的磁链，由予s r 雠特殊的霸辍结掏，餐相之阍糨对魏立鼠对 称，可以忽略各相之问的互感；又考虑剐磁路饱和因素，因此y ，= 甲。( p ，) ， 簿备糖磁链楚本稻瞧流哥鞋定转子相对僚精静j # 线佼函数。辩一方面，因为转予运 劝的周期性，掣，还是以2 叫姨先周期的关于毋的耀期涵数；若以a 相磁镶掣，为 蒸攥，务稿磁链掣，分别与掣，掇差妒，= ，一1 ) 2 口t 辑) ，其孛辑为转予缀数， 卅为定子相数。瓤舞将剐说鞠，以下讨论中j k 涉及到的臻度都舞瞧角度8 ，蕊帮 辊搋角发静关系为挣* 氏 t 鲔甭电角壤描述，墨醴2 为周期，各褶磁链与甲。 辐差辑= ( 7 1 ) 摭扣，均舄转予极数辑无关。 根据虚位移原理，s r m 单棚电磁转矩为， 弓。署 ( 3 3 ) 再敷翔磁共麓灏瀵褥， 浙江大学硕士学位论文 ( 自，o ) = i ，( 目一) ( 3 4 ) m 相产生的总转矩为， i ( 口，) = i ( 目，) ( 3 5 ) ，z l 由式( 3 ，3 ) 、( 3 4 ) 、( 3 5 ) ，s r m 的电磁转矩是口和i t 的非线性函数。 模型建立的关键在于对甲，( 口，f ，) 的处理，其求解应该满足两个要求： ( 1 ) 必须考虑到磁路饱和与槽漏感的影响： ( 2 ) 模型的复杂度不能太高。 如图31 ( a ) t s r m 在一个电周期内的实际磁化曲线由一簇曲线表示。图3 1 ( b ) 是最为理想化的线性模型，该模型可以最大化的简化建模分析过程，但是具有较 大的失真，特别是在最大电感附近。因此，实际应用较为广泛的是以下将要分别 介绍的分段线性模型和非线性模型。 ( a ) s r m 真实磁化曲线( b ) s r m 磁化曲线线性模型 图31s r m 磁化曲线 3 1 1 分段线性模型 由m i l l e r 提出的分段线性模型，即用两段理想的饱和磁化曲线代替非线性的 实际饱和磁化啦线。“，如图3 2 所示。其中的转折点电流如由电机本体参数决定。 分段线性模型比线性模型更加接近s r m 理想磁化曲线。 图3 2s r m 的分段线性模型 瓣泼火学壤七学健论文 电感k 。计算得到。我们知道，鲞s r m 的定转予极轴线对齐时，气隙最小，磁 戳最小，惫巷为最大值z 。；丽辫怒予投与转子槽鞠线对齐时，气陈最大，磁陋 掇大，电感为最小饿三。e 电撬旋转辩电慧鞭撵艿韵交纯蓊鲎翔萄3 3 实线所示 翁梯形龋续交纯。胬3 3 中的最为定予极强宽度，序为转予极弧宽度，甜，为转 予投距e 当定子绕缀孛静彀滚攫小黠，忽路憋积效艘，督鞋强3 - 3 盎线掰示鹩曩三 弦曲线采近似电感变化曲线。考虑剿工| 三弦曲线的原点岛原先取定的原点不一致， 戏( 3 。1 1 ) 变成： _ ( 护) = a 十6 s j r l 口一最一( 一】) 2 咖 ( 3 1 2 ) 其中嫉。呈毕懈 | | ：笏 、b # ，nn 懂 图3 3 用j e 弦连续幽数近似s r m 的电感模型 磊( 鸶牛。钱一姻) 呓( 删 ( 3 ，均 五( 堑争堡) = 咄础姆) 啦沁6 ) 跚4 ) 麟得，。墨m 监，6 。墨* 玉。 2 t v 。2 早 至此，式( 3 辨的攀数宠全确定由豳3 - 4 绘蹬丁纂于式( 3 。的掣一学一i 麴线霹露， 读随数赣较完整撼袭现审，趣? ，连续戆和鼹期缝。 浙王e 太鲎诹土苷俘堕蕊 溢蘩：羹滋v i s a ( v i r t u a li n s t r u m e n t a t i o ns o f t w a r e a r c h i t e c t u r e ) 、s c p i ( s w a d a r d c o m m a n d sf o rp r o g r a m m i n gi n s t r u m e n t s ；? i v i j i n t e r c h a n g e a b l e v i r t u a l i n s t n a n e n t a t i o n s ) id a t a s o c k e t 垂羹誓毒娶攀墓蓬萋一主l a b v i e w 誊? 掣藿蠢 霎鼙嚣孽瑟蕊鹱囊蠢交囊露， 羚勰巽“( v i r t u a li n s t r u m e n t s iv 1 ) 器l a b v i e w 苇壕型薹囊薹蠢j 霪： l a b v i e 墼薛童瑟毋矗要鹚f 蟮交译一蠡蠹攀亲爹耋i 一纛毛i 墓雾毒蓑i 口： 囊雾雾囊薯霉毒磊潆蓦囊囊嚣罄i 蠹藩鼻暮蓠 菇基蘑鬟垂嚣警亨叁薹：誓膏 曩墨墓学要塞萎垂钠虹窭霎蓬墓翻莩。嗡盘冀灞国掣函影薹苍臻薹穗谨痞譬罩! 嚣 篓鬻箨旺麓孽妻墼萨套承囊羹垂陋窖莓孽露蠹瞬鼹羹鼋秀l j ：! 喜疆；鞫篷鬻焉睡箨 霉骢攫荤穗凄博堇髫烈攀壤曩嗓；辇翌镬搿蔑莲霭镬誉镬篷镬星螨一篓器秘嘉 翼藩蔓罄嚣强；强薹凄鲫酯璩鞫孑玉跨暇荛奎豁姒瓣遮。 曩羹囊躔紫誊蓦嚣鬟l a b v i e w 蠹 秘疆键毽雾多黔基蓊 x 浙江大学磋学位论文 c 3 ：每次遮代鳓系统初始敬态满越矗o ) * ( 。) ，* o ，l ，2 ，。； c 4 ；燕统输文坛( f ) 谢瓣。 歇学习律懿结构形式喾，对控铷输入静镑芷廷鬲到了系统的输出倍弩，蠢需 瓣谖系统的参数，西就遮代学习控剿律矮子萋予晶旗鲍学河控制。 式( 3 。l7 ) 牵静三( ) 的澎式决定了选代控翻律韵性菔。藉工( ) 只与( f ) 有关， 即控毒律程筹触 x 新江穴掌饿尘学位凇x 由平均蹙定琏，襄： g 五。椎。i ) g ( 鼍。冁，t ) ；甑f 五m 稚+ f ( 雄“一酶) ，t 净( t 一) g ( 最。毪，) 一g 墨，) ；f 繇( 墨+ f 震。一五) ，瓤，渺墨+ t 一五) + t ，艿鲰+ ，= 彩。一l 岛嚣m 谁r ( 冁+ t 略) ，t 渺峨“一冁) 一 l 瓤( 墨+ r ( 五+ t 一墨) ，p ( 五“一五) 叉。? 辩k “一稚t 誊g p 蚤y x 7 双。；s i f 氍五m + r ；一魄) 再渺+ 哆；菩般 f 乳( 噩+ r ( 五“一再) ，心，t 弦( 五+ t 一点) ( 3 2 5 ) 根 ) 一墨( f ，d 壤霎l 妻鎏；蓁一f ! ；! i毳黧霾鬻；哆霉鬃蠹震。 h w 霸镕i塑嚣譬篓嚣攀鬈j誊冀掌襄鬻蕈jj 譬q 囊叠董囊睡必囊；疑薹妻臻2 “8 。2 5 。；“。 童宅?；绻露羹霪瞄?jii绞囊雪二薹i蘸蘑蠹1ij；ijii i ? 萋 季0 一j 囊蕈： m i 皇a x j ；! 。霪季 蓦矗。1薰? 囊羹 ；i 霎葡酶霪蒸群曩薯虿喜皤扩嗥竿呲。( 胁k 浙江大学磺士学德论文 对等式符2 5 ) 褥遗鞫取欢a 噩德鞭数，并凝器假定l 藕三角彩不等式，祷： l 艿“。l s l l l 岛( k ；，+ f ( ”。一心) ，p r 岛l l 幻l + 颤l l 五。一教l 对土戏两边同时敷髓间权范数，筹斑用式( 3 0 6 ) 的壤果，褥： l 瓴+ ；k 董pl 文( 墨。冁+ r 如圹毽) ，净- q 卜峨o 8 魏l ( 3 - 2 7 ) 1 ，l 岛”嘲咖；监警卷警趔 。塑垡磐垒逊 慨。k 鼠q l + 峨一。( 丑“) 慨l = p + 峨- d 五“) 愀l 因为y l ，盛以存在# 0 ，搜褥，+ # l 可戳我剿足够大黪毒，便褥 魁- o f 0 餐f ，所戳： l j m 。kg ( ，+ 善) 1 j 虬k ( 3 。2 8 ) 式稻2 酚表翻，系统输穗静瓣潜教谈差醚整的增勰，褥送代学习秘谶杼， 褥不断减少。并蹙终趟向o 。 3 3s r d 转矩最优控制器设计 控铷器霸结构撰辫如蕊3 。6 所承。主要囊瓣帮分缎成；转鳆控制器秘激滤控 肇爨。舞个帮分粼是蒸予迭找学习的怒想磊设计的“”。 图3 s r d 转矩龋优控制嚣总体结构 转楚攘嚣4 爨缀掇鞭望转矩熬线嚣i ) 鞠当裁定转予鞠对位璧疗，诗冀出绕蕴 中威当流过的电流镶厶( 巷n 这个电流馕并不是绕组中鼬安躲电滤，嚣是个理 想纯的参考电流。当绕组中通过这样的电流时，产生的转矩与期望转瓶曲线吻合。 黢魏所蠢的接翱擐终酆是要逐避控铡电鼷，鄂熙攘亳愿麴占空琵米实现；掰戳， 3 5 浙选太学硕士学位论文 魄濂掩剁器麴棒耀裁怒投撂罄凑数健鼹患鲍参考电流馐，计爨凄产童运样的电流 熙鼹的捆逝摄，馕褥实际灼棚绕组嘏溅i ，私) 尽糍遘主葭幽转籍按露l 嚣计簿蹬舶毽 恕纯的参考电流，使每稻产笺的电磁转艇邋逝蠲蘩转瓶魏蠛，蟥终蜜现对嚣美磁 辫电动撬匏转雉控制8 ”3 。 3 3 ；1 转矩控巷8 器驹竣诗 鲡前龋述，转赠控制嚣戆耀撼是要诗冀个鲻期瘫豹参考曦浚蘧8 。诗冀静 避稷应餍了遮健学弼蜘憨懋，麴3 7 是摆鹃转孵控剽嚣港代学习模式黼。蕊代 熙期受一个患舆翅( 2 # ) ，经纛樽魄浚翘毽如嶷绫鳇转矩模受计舞褥凄，帮 霉等等臻 醚3 + 7 转矩控键嚣藏遵橇图 3 。2 黟 式串鬈擒期撰转艇，岛为第j 鞠憩感，幽于密电动横栽下，惑是鑫s 黜畦翡 电感土势嚣给绕缝道彀，翻托暂设始，d o = 为常数。每相输出的察际转矩可 虫式3 。l s ) 计冀，箕啦瓣楼魄流t 出戡下巍式逡避遮代学习褥出： 艿雩( 母= 毛( f ) 一雩( i ) - - 3 增益艘小；疗= 叫2 鞋重，学习增益最犬，燮键髑期必彬2 毫楚褰，黔攀楣譬遴热。 ( 曩) 学秘系数变化趋势爨 c o ) s r m 蟪出转雉漩璐 糈嘏流谛域踱滞( d ) 褶魄漉羰域渡澎 糖3 ，1 0 单楱导逶方式，举葛系数螽遥藏的蟋代学习转矩控制器设计 o 浙江大学礞士举髋论定 戳踱譬毫流豹波形。鄂么，在两糟耋叠每道箧，鲡巢每捆精望转矩漆藿一条光溃 的曲线上升和下降时，电流波形必将大大改善。下丽将引入转矩分配骚数的檄念。 ( a ) 革柱勰望转雉( 酶s r m 麴是转瓣渡形 釉楗壤濂罄孝域渡澎啦甥电流凝域渡澎 墅3 ，i l 麟摁母遗方式，学驾簿数蠢遣嶷黪邀栈学习转短控制瓣设计 3 3 1 5 使用转嫩分配酶数，学习系数自邋应调艟 设糖莛始馨通角势壤t 两援熏叠导遵囊为，粥镣籀单独等遴角 瓯= 2 嚣一4 袅) 4 ，定义翅下瓣转箍分醒萄数作为每褶麴期望转矩曲线； & t 4 + 茸( p 最) 十c ：( 挣一最) 2 + 皿( 口一嚷) 3 口e 【只，b ) 霸护g 鹣，龟) 4 + 缉扩一最) 丰q