电传动车辆开关磁阻电机驱动与控制系统研究

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目前大功率电传动工程车辆的轮边驱动电机大都为交流异步电机和直流有刷电机,开关磁阻电机还未在工程车辆中得到普遍应用。由于自身转矩脉动大,以及由此引起的电机噪声及转速波动问题,限制了开关磁阻电机在小型电动乘用车中的应用。本文对开关磁阻电机系统在电传动工程车辆中的应用进行了探索,通过分析开关磁阻电机与异步电机在工程车辆中应用的差异,提出将开关磁阻电机系统应用在工程车辆这类大惯量负载中,在车辆行驶中可以忽略掉由于开关磁阻电机带来的转矩脉动和振动噪声问题,充分利用开关磁阻电机高启动转矩、低启动电流、可以频繁重载启动的牵引特性和自身结构的可靠性,来满足工程车辆多种行驶工况需求。为了验证方法的可行性,从小功率样机入手:首先,在对开关磁阻电机运行理论进行分析后,结合传统电机的设计方法,设计了一台功率为4kW的三相6/4极开关磁阻电机,画出了加工图纸,委托厂家加工;采用Ansoft有限元分析软件对电机的静态特性和不同控制方式下的动态性能进行了仿真。其次,以TMS320F28335为主控芯片,设计了一套4kW的开关磁阻电机驱动系统。在检测电路部分,为了对电机温度进行实时监控,设计了一款基于最小二乘法的电桥测温电路;为了对电机相电流的有效值进行准确测量,采用了数字离散同步采样测量法,可以对一个周期内电流信号的有效值进行实时测量;在位置检测上选择旋转变压器作为传感器,并做出了精度为12位的位置解码电路,可以精确地得到电机转子绝对位置。在做出了电机本体和驱动系统后,对控制系统进行了设计。针对采用旋转变压器作为位置传感器带来的安装问题,提出了电机转子空间位置的自学习方法,可以将转子的空间位置同旋变解码电路的输出一一对应;采用单神经元自适应PID控制算法对电机转速进行控制;采用直接瞬时转矩控制算法对电机输出转矩进行控制。通过实验取得了很好地控制效果。最后,搭建开关磁阻电机与同功率等级的交流异步电机对拖试验平台,对两个传动系统的性能进行对比,实验结果表明本文设计的开关磁阻电机传动系统具有启动转矩大,启动电流小,转矩过载能力强,系统效率高,可靠性强,成本低的优点。可以和交流异步电机传动系统的特性相媲美,非常适合作为电传动工程车辆的轮边驱动系统。
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