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基于电流分配方法的开关磁阻电动机位置跟踪控制研究

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第1章 绪论

1.1 课题背景以及研究意义

1.2 伺服电机控制基础

1.3 开关磁阻电动机发展概述以及位置控制结构组成

1.4 本文研究的主要内容

第2章 开关磁阻电动机位置跟踪控制基础

2.1 引言

2.2 开关磁阻电动机基本结构以及运行原理

2.3 开关磁阻电动机的数学模型

2.4 开关磁阻电动机的传统控制方式

2.5 本章小结

第3章 基于电流分配方法的开关磁阻电动机位置跟踪控制研究

3.1 引言

3.2 电流分配法

3.3 电流分配法位置跟踪系统设计

3.4 开关磁阻电机仿真模型搭建

3.5 仿真结果与分析

3.6 总结

第4章 电流分配法位置跟踪控制系统硬件平台设计

4.1 引言

4.2 硬件平台设计

4.3 本章小结

第5章 电流分配法位置跟踪系统软件设计

5.1 引言

5.2 DSP下位机控制程序设计

5.3 LabVIEW上位机监测界面设计

5.4 本章小结

第6章 实验结果与分析

6.1 引言

6.2 开关磁阻电动机速度闭环起动实验

6.3 电流分配法位置跟踪控制实验

6.4 本章小结

第7章 总结与展望

7.1 本文主要内容总结

7.2 进一步研究展望

致谢

参考文献

附录A

附录B

附录C

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摘要

“伺服”一词来源于英文单词“Servo”,含义是指系统跟随外部输入自动完成所指定的运动,因此这种类型的系统也被称为随动系统。伺服系统主要经历了从液压、气动到电气的发展过程,其中电气伺服系统主要由控制机构、伺服电动机以及反馈装置三个部分组成。伺服电动机作为主要的执行部件,最早由直流电机充当。自20世纪70年代以后,随着交流电机性价比不断地提高,其逐渐取代了直流电机成为主流的伺服电动机。近年来,开关磁阻电动机因其结构简单坚固耐用、能承受高温且容易冷却、容错性好可缺相运行、起动电流小起动转矩大等优点已显露出其良好的发展前景。因此,对开关磁阻电动机位置伺服控制开展研究,具有十分重要的意义。
  本文首先对开关磁阻电动机的基本结构以及运行原理进行了介绍。然后给出了电机的三种数学模型,即线性模型、准线性模型以及非线性模型,并在此基础上具体阐述了开关磁阻电动机传统的控制方式,继而从理论上分析了开关磁阻电动机优点的来源以及研究价值。
  在文章的第二部分,介绍了当前开关磁阻电动机位置控制的研究现状。目前要实现对开关磁阻电动机精确的位置跟踪控制,绝大多数控制策略必须依赖于电机的模型信息,并且模型在控制器设计方面处于十分重要的地位。模型信息主要包括电磁转矩或者磁链同转子位置和相电流之间的关系。离线测量模型信息时,需要相关的仪器设备,这无疑增加了设计成本,而且模型信息并不是一成不变的;在线实时建模,必然会增加控制设计的复杂程度。由此,本文介绍了一种新颖的开关磁阻电动机位置跟踪控制策略--电流分配法。该控制方法,除了需要电机的相数以外,不再需要任何的模型信息,并且摆脱了传统位置伺服控制中的速度环,仅需要位置环和电流环。
  文章最后,以四相8/6极开关磁阻电动机为研究对象,对基于电流分配方法的位置跟踪控制策略进行了仿真研究,结果表明了控制策略的正确性。同时,为了检验该位置跟踪控制策略在实际应用中的控制性能,本文采用TMS320LF2812数字信号处理器作为控制器核心,以传统的不对称半桥电路为主功率驱动电路,以LabVIEW为上位机实现对电动机参数的实时监测,搭建了硬件实验平台。并以此硬件平台为基础,完成了实验研究。最终结果表明,电流分配方法能够实现高性能的位置跟踪控制。

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