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磁通切换型永磁电机(flux-switching pennanent-magnet motor,简称FSPM电机)是一种新型结构的定子永磁型双凸极电机,不仅具有效率高、功率密度高等传统转子永磁型电机的诸多优点,而且更兼具转子结构简单、坚固及易于散热等优点,具有较好的应用前景。本文以一台三相定子12槽转子10极FSPM电机为研究对象,对该电机高性能控制策略进行深入的理论和实验研究,主要包括恒转矩区输出、恒功率宽调速运行、控制系统数字化实现等问题。本文所得结果为FSPM电机在交流调速、伺服控制、电驱动系统等领域的推广应用,奠定了重要的理论和技术基础。
论文主要研究成果包括以下几个方面:
1.阐述了FSPM电机工作原理,并根据电机电磁静态特性(永磁磁链、空载反电动势、电枢电感等),把定子永磁型结构的FSPM电机模型等效为转子永磁型表面贴装式(surface-mountedpermanent-magnet,SPM)电机模犁,从而建立了FSPM的电压方程、磁链方程、转矩方程及运动方程;
2.研究了电流滞环PWM、电压空间久量PWM矢量控制以及直接转矩控制等方法在FSPM电机控制系统中的应用,并详细分析了几种控制算法的优缺点,进行了深入而全面的仿真和实验研究,提出了适合于FSPM电机性能的控制策略:
3.研究了FSPM电机转矩脉动产生机理,从控制角度出发,分别提出了基于电流滞环PWM、电压空间矢量PWM及直接转矩控制方式下补偿定位力矩的控制方法,从而达到抑制电机转矩脉动的目的,并得到了仿真与实验结果的验证;
4.提出了一种基于电压空间矢量PWM电流矢量以给定值代替反馈值的死区补偿方法。根据电流矢量所在扇区判断误差电压的极性,从而对死区进行补偿;
5.设计了一种基于扩展卡尔曼滤波器(extended kalman filter,EKF)的FSPM电机转速和转了位置的估算方法。通过选取定子坐标系下定子电流,电机转速和转子位置为状态变量,电压和电流作为输入和输出量,建立估算电机定子电流、转速和转子位置的无位置传感器控制驱动系统;
6.研制了基于dSPACE的FSPM电机数字驱动控制系统实验平台,设汁了软硬件驱动电路,编制了控制系统软件程序,并通过实验研究验证了所提出控制算法的可行性,为FSPM电机进一步深入研究及在驱动领域的实际应用打下了理论与技术基础。