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轮毂式开关磁阻电机调速系统仿真研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 选题的背景和意义

1.2 国内外相关技术的发展现状

1.2.1 电动汽车的发展现状

1.2.2 轮毂电机的发展现状

1.2.3 开关磁阻电机的发展现状

1.3 本文研究内容

第二章 轮毂式开关磁阻电机参数设计

2.1 轮毂式开关磁阻电机概述

2.1.1 轮毂电机的种类及特点

2.1.2 SRM的基本理论

2.2 SRM的数学模型

2.2.1 线性模型

2.2.2 准线性模型

2.2.3 非线性模型

2.3 SRM参数设计

2.3.1 额定参数的计算

2.3.2 材料及结构的确定

2.3.3 结构参数的确定

第三章 SRM有限元模型的建立及分析

3.1 有限元原理及电磁场理论

3.1.1 有限元原理

3.1.2 电磁场理论

3.2 SRM的有限元仿真分析

3.2.1 仿真软件Ansoft Maxwell 2D简介

3.2.2 有限元仿真模型的建立

3.2.3 SRM的静态分析

3.2.4 SRM的动态分析

3.3 SRM转矩脉动的抑制

3.3.1 开通角、关断角的优化

3.3.2 定子磁极结构的优化

第四章 SRD控制策略及转矩脉动抑制

4.1 SRD系统简介

4.2 SRM的控制方式

4.2.1 角度位置控制

4.2.2 电流斩波控制

4.2.3 电压斩波控制

4.3 SRD转矩脉动抑制策略

第五章 SRD模糊PI控制联合仿真

5.1 SRM的模糊PI控制

5.1.1 PID控制理论简介

5.1.2 SRD的PI控制

5.1.3 模糊控制理论

5.1.4 SRM的模糊PI控制策略

5.2 联合仿真模型搭建与仿真

5.2.2 仿真软件Matlab/Simulink简介

5.2.3 联合仿真模型的搭建

5.3 联合仿真结果与分析

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

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摘要

开关磁阻电机由于其结构简单、制造成本较低并且适合高温、高速运行等特点因而特别适合用作轮毂式电动汽车的驱动电机。但开关磁阻电机的噪声、转矩脉动比永磁电机和异步电机都要大,较大的转矩脉动成为限制其推广应用的主要问题,如何降低转矩脉动也是近年来开关磁阻电机领域研究的热点和难点。本文从开关磁阻电机用作轮毂电机出发,对电机结构参数的设计、有限元模型的建立、电机本体的分析及优化、调速系统的控制及仿真进行了研究探讨,重点研究了如何降低轮毂式开关磁阻电机的转矩脉动,全文主要内容如下:
  第一部分,在分析了开关磁阻电机的基本理论和数学模型及电动汽车的动力性能要求的基础上,设计了开关磁阻电机的本体结构参数;
  第二部分,基于有限元仿真软件Ansoft Maxwell2D建立轮毂电机的有限元模型,并对电机进行静态、动态仿真,得到电机的静态、动态特性,并针对开关磁阻电机转矩脉动较大这一问题,通过开通角、关断角的优化和定子磁极齿形的优化,达到初步抑制其转矩脉动的目的,并通过仿真验证其有效性;
  第三部分,为了进一步降低转矩脉动,从电机控制策略出发,对开关磁阻电机调速系统采用模糊PI转速—电流双闭环的控制方式,并在Ansoft Maxwell2D、Simplorer和Matlab/Simulink三款软件中搭建开关磁阻电机调速系统的联合仿真模型,并进行仿真分析。仿真结果表明,通过选择更优的控制方式能进一步减小开关磁阻电机的转矩脉动,提高了开关磁阻电机的动态特性,使装备其的轮毂式驱动电动汽车具备更优异的动力性和舒适性。

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