低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電機(jī)及其控制系統(tǒng).pdf

1、本文以低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電機(jī)作為研究對(duì)象，從電機(jī)設(shè)計(jì)與控制技術(shù)相結(jié)合的角度出發(fā)，著重進(jìn)行了永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制和優(yōu)化設(shè)計(jì)兩方面的研究。
　　 首先基于坐標(biāo)變換原理，詳細(xì)分析了永磁同步電機(jī)在靜止三相坐標(biāo)系、靜止兩相以及旋轉(zhuǎn)兩相坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，深入討論了永磁同步電機(jī)電壓空間矢量控制方法，提出了基于矩陣變換器的永磁同步電機(jī)空間矢量調(diào)制策略。根據(jù)矩陣變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將交-交直接變換結(jié)構(gòu)矩陣變換器等效為由“虛擬整流器”和“虛擬逆

2、變器”組成的交-直-交結(jié)構(gòu)，深入分析了矩陣變換器的變換關(guān)系，推導(dǎo)出矩陣變換器的電壓、電流雙空間矢量PWM調(diào)制函數(shù)。
　　 為了驗(yàn)證基于矩陣變換器的永磁同步電機(jī)空間矢量調(diào)制策略的可行性，以及調(diào)制方法的正確性，首先使用Matlab軟件平臺(tái)搭建了空間矢量調(diào)制的仿真模型，并以低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電機(jī)作為被控對(duì)象，對(duì)矩陣變換器的輸入輸出特性進(jìn)行分析。仿真結(jié)果表明，矩陣變換器輸出電壓的幅值和頻率獨(dú)立可調(diào)，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)在寬廣范圍的連續(xù)可調(diào)、任意負(fù)

3、載下的輸入功率因數(shù)為1，且能實(shí)現(xiàn)能量的回饋，克服了傳統(tǒng)交-直-交變頻器驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)所存在的輸入諧波大、輸入功率因數(shù)低、直流回路需要大的儲(chǔ)能電容等缺點(diǎn)。解決了傳統(tǒng)交-交變頻器存在的功率因數(shù)低、諧波污染嚴(yán)重以及調(diào)速范圍窄等問(wèn)題，改善了永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行性能。
　　 在仿真的基礎(chǔ)上，搭建了基于矩陣變換器的永磁同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)以DSP為主控制器進(jìn)行空間矢量調(diào)制，以FPGA為協(xié)處理器實(shí)現(xiàn)矩陣變換器開關(guān)函數(shù)的合成和四步換

4、流策略的實(shí)施，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出電壓和輸入電流的同時(shí)調(diào)制，獲得期望的正弦輸入電流和輸出電壓，保證了永磁同步電機(jī)優(yōu)良的起動(dòng)和調(diào)速性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該控制器不僅具有永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)調(diào)速精確、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、魯棒性強(qiáng)等特點(diǎn)，同時(shí)還具有輸入、輸出電流諧波小、無(wú)中間滯留濾波電容、能量再生等特點(diǎn)。
　　 針對(duì)電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)中存在的高度非線性問(wèn)題，本文提出了一種基于模糊專家系統(tǒng)的多目標(biāo)粒子群算法，根據(jù)專家設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建模糊專家系統(tǒng)，將專家經(jīng)驗(yàn)融

5、合到粒子群速度方程中，引導(dǎo)支配子集更快地向最優(yōu)解方向運(yùn)動(dòng)，改善了多目標(biāo)粒子群算法尋優(yōu)過(guò)程，提高了求解精度和收斂速度。同時(shí)，將電機(jī)優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為博弈問(wèn)題，提出基于博弈論的電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，從納什均衡解出發(fā)，運(yùn)用策略性讓步博弈的思想綜合考慮各優(yōu)化目標(biāo)，從非劣解集中搜索綜合最優(yōu)解，降低了電機(jī)開發(fā)難度、縮短了設(shè)計(jì)周期，為實(shí)現(xiàn)電機(jī)設(shè)計(jì)智能化奠定了基礎(chǔ)。針對(duì)加工、裝配過(guò)程中產(chǎn)生的誤差及實(shí)際應(yīng)用中存在的干擾因素，在電機(jī)設(shè)計(jì)中引入穩(wěn)健設(shè)計(jì)的思想，采用信