储能系统用开关磁阻电机快速驱动控制策略研究

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开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)具有结构简单,运行可靠,调速范围广,控制策略灵活等特点,在近三十年受到国内外许多学者的关注,被广泛的应用在各种常见场合,如家用电器、电动汽车、航空航天等等。不仅如此,开关磁阻电机以其优异的性能在某些特殊场合也有重要应用。在本论文中,开关磁阻电动机即作为大容量储能脉冲发电机电源系统的驱动电机。在储能脉冲发电机电源系统中,不仅要求大惯量储能脉冲发电机从零速起动,还要以较短时间达到给定转速,快速完成惯性储能,缩短系统的准备时间;并且,储能脉冲发电机作为强脉冲功率重频输出电源,每次强脉冲输出后,脉冲发电机转速都会突降,随着重频输出脉冲个数的增加,电机转速甚至可能下降至0.7倍额定转速,驱动电机要能够适配重频输出时的频繁变速过程,并在短时间内将脉冲发电机恢复到额定转速,为下一次脉冲放电做好准备。开关磁阻电机以其自身固有的优点,非常适合作为储能脉冲发电机的驱动电机,它具有快速驱动的能力,能够将大惯量储能脉冲发电机从静止快速拖动到额定转速,并具有在转速掉落时具有快速恢复的能力,还能够在电机频繁变速运行情况下可靠工作。
  本论文针对用于高储能脉冲发电机驱动的开关磁阻电机驱动系统开展分析研究,重点对开关磁阻电机的驱动控制策略进行研究,以实现大惯量(≥15kg·m2)高转速(≥10000r/min)机组在5分钟内的快速驱动。首先,论文介绍了研究的背景和意义,对国内外专家学者在开关磁阻电机角度优化控制方面的研究现状进行了梳理和分析。然后,介绍了开关磁阻电机的基本结构与运行原理,以及开关磁阻电机驱动系统的组成部分和常用的控制方式。进而,对开关磁阻电机进行建模,并采用有限元计算方法得到电机的静态电磁参数特性曲线。在兼顾驱动性能和电机发热的基础上,以平均转矩与转矩电流比的乘积为优化目标,通过场路耦合分析得到电机关键控制参数和变化规律。基于得到的控制规律,搭建了开关磁阻电机的控制系统模型,提出了基于离线神经网络控制方法的开关磁阻电机控制策略。最后,以“DSP+CPLD”为控制核心搭建实验平台,完成了外围硬件电路设计和软件程序设计,并对控制策略进行了试验测试,试验结果与仿真结果相吻合,表明了所提出控制策略的可行性和有效性。
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