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《新疆大学》 2018年
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内置式永磁同步电机十二扇区直接转矩控制方法研究

艾祥  
【摘要】:在能源制约、环境污染等背景下,电动汽车的发展已经呈现势不可挡的趋势,而高效率、高功率密度的内置式永磁同步电机使其更适合为电动汽车提供动力,因此为内置式永磁同步电机寻找高性能的调速控制方法显得越来越重要。与矢量控制策略不同的是,直接转矩控制方法不易受电机参数变化的影响、具有优异地动态响应性能,不需要繁琐的坐标运算和变换从而简化了滞环控制器的结构。然而传统的六扇区直接转矩控制方法中对电磁转矩和定子磁链的控制多采用滞环控制器,因此有诸多缺点即转矩和磁链脉动过大、逆变器的开关频率不恒定,故内置式永磁同步电机直接转矩控制方法有待进一步的发展和完善。对传统的六扇区直接转矩控制方法中未采用零电压矢量对转矩和磁链进行控制的问题,本文定量分析了零电压矢量分别对转矩和磁链的控制机理和作用效果,并在搭建好的系统仿真模型下进行了仿真对比研究,仿真结果表明基于零电压矢量的直接转矩控制方法有减小转矩和磁链脉动的作用,为零电压矢量在直接转矩控制方法中的应用指明了方向。针对传统的六扇区直接转矩控制方法没有将零电压矢量加入到电压矢量开关表中的弊端以及当磁链矢量在扇区边界处时可能造成的转矩脉动过大的缺点,本文以电压矢量的最大利用率为基础分别提出了基于零电压矢量的十二扇区和十八扇区的控制方法,该方法细化了矢量选择和扇区划分,增加了可供选择的电压矢量数目,可以有效发挥电压矢量对磁链和转矩的控制优势。还对比分析了内置式永磁同步电机直接转矩控制六扇区、十二扇区、十八扇区三种扇区细分方法对定子磁链与转矩轨迹的控制效果,并从对给定输入信号的跟随性与对扰动输入信号的抗干扰性两方面仿真对比研究了三种不同的扇区细分方法对控制系统的动态性能影响,仿真结果验证了“十二扇区和十八扇区方法可以改善电压矢量对转矩和磁链控制作用的不对称性”理论的正确性,也得到了电机在十二扇区方法和十八扇区方法作用下有良好的动态性能,但十八扇区方法开关管的动作次数最多,对开关管的要求更高。最后在Matlab/Simulink平台上详细地仿真对比研究了基于零电压矢量的十二扇区和基于零电压矢量的六扇区方法,即进行了对定子电流、转矩和磁链控制效果的仿真研究。为了进一步优化十二扇区的控制性能,还研究了多种不同的内滞环转矩误差带对转矩脉动的影响,并通过仿真对比了不同内滞环转矩误差带下的转矩脉动。仿真结果表明十二扇区直接转矩控制方法能有效地克服电流畸变,解决了磁链和转矩较大的问题,同时保留了传统直接转矩控制方法动态响应快和对电机参数鲁棒性强的优点。此外内滞环转矩误差带可以进一步改善十二扇区的控制效果,极大地优化了内置式永磁同步电机十二扇区直接转矩控制方法中的转矩脉动。
【学位授予单位】:新疆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TM341

【参考文献】
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