课题基金 / 基金详情

集成Z源升压驱动的开关磁阻电机容错直接瞬时转矩控制

批准号:
52077105
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
蔡骏
依托单位:
学科分类:
电机及其系统
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
蔡骏

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
转矩脉动是限制开关磁阻电机广泛应用的关键问题,转矩脉动抑制技术也一直是该类电机研究的热点和难点。本项目深入分析了开关磁阻电机转矩脉动抑制困难的技术瓶颈,通过追溯转矩脉动抑制、功率变换及容错、无位置传感器起动之间的共性和特性关系,从升压容错功率拓扑集成和无位置起动控制的角度探究全速范围内具备容错能力的转矩脉动综合控制方法。创新思路为:在直接瞬时转矩控制的转矩跟踪优化基础上,通过功率系统集成引入具有宽范围升压功能的不对称Γ-Z源变换器,实现母线升压、故障容错和直接瞬时转矩控制的多维度协同控制。此外,针对Z源升压和直接瞬时转矩控制对相电流波形以及脉冲注入的影响,研究基于集成功率拓扑的无位置低速连续位置估计方法,解决低速连续位置检测困难而使得转矩脉动抑制控制受限的问题。本项目的实施,将进一步提升开关磁阻电机系统的转矩脉动抑制和容错能力,对于有效拓宽其在诸多受限领域的应用具有重要的理论和现实意义。
英文摘要
Torque ripple is the key problem to restrict the wide application of switched reluctance motors, and the torque ripple elimination techniques have always been the hotspots and difficulties in the research of this kind of motors. This project deeply analyzes the technical bottleneck of torque ripple elimination in SRM. By tracing the commonness and characteristic relationship among torque ripple elimination, power conversion, fault-tolerant control and sensorless starting of switched reluctance motors, the project explores the comprehensive control method of fault-tolerant torque ripple elimination technologies in full speed range from the perspective of boost fault-tolerant power topology integration and sensorless starting control. The innovative ideas are as follows: On the basis of the torque tracking strategy optimization of the direct instantaneous torque control, an asymmetric Γ-Z source converter with wide range boost function is introduced through power topology system integration to realize multi-dimensional cooperative control of bus voltage boosting, fault tolerance and direct instantaneous torque control. In addition, considering the influence of Z-source boost and direct instantaneous torque control on phase current waveform and pulse injection, a sensorless low-speed continuous position estimation method based on the integrated drive topology is studied to solve the problem of the limitations of torque ripple control due to the difficulty of continuous position detection in low-speed operation. The implementation of this project can further improve the torque ripple elimination and fault tolerance capability of the SRM system, which has important theoretical and practical significance for effectively broadening the application of switched reluctance motor in many restricted fields.
开关磁阻电机(SRM)在传统驱动控制中存在严重的转矩脉动,限制了其在精密驱动、电动汽车、医疗设备等领域的应用。研究高性能的转矩脉动抑制方法是SRM研究的热点和难点。传统的SRM转矩脉动抑制控制主要问题在于:1)功率变换器母线电压受限,导致换相区间励磁和退磁速度受限而造成对参考转矩跟踪失调;2)电机故障相转矩的丢失或陡增均会导致合成转矩的突变;3)SRM转矩脉动抑制控制需要精确而连续的转子位置信息,然而常用的Hall、光电传感器等在电机静止和极低速时无法连续检测转子位置,使得起动和低速运行时的转矩脉动抑制控制受限。针对上述关于SRM转矩脉动抑制控制所存在的问题,本项目从SRM升压功率拓扑集成、直接瞬时转矩控制、无位置传感器起动这三个方面研究了适合宽转速范围的SRM转矩脉动抑制综合控制策略。针对变换器母线电压受限的问题,研究了基于不对称Γ-Z Source升压集成驱动的功率变换器拓扑及集成控制策略。在考虑漏感等寄生参数影响的条件下重构了不对称Γ-Z Source升压变换器的增益模型,为解决母线电压尖峰过大的问题,研究了带二极管泄放电路的改进Γ-Z Source集成驱动拓扑。针对转矩脉动的抑制,研究了基于TSF参考转矩在线动态调节与具备开关矢量优化的模型预测转矩控制结合的转矩脉动抑制控制策略,提升了转矩动态跟踪能力。为进一步降低模型预测控制矢量遍历次数,提出了一种结合DTC与MPC的开关磁阻电机直接转矩预测控制策略。此外,针对SRM静止和低速起动运行时位置检测困难的问题,研究了一种不饱和电感重构的矢量坐标变换法与增量电感分区法结合的容错无位置传感器起动控制方法,以及一种电感动态阀值法与非导通相电感阀值法相结合的无位置传感器容错运行控制方法。最后,通过采用变频注入、特定区域注入等方法实现了不对齐位置附近的非导通相脉冲电流有效抑制。本项目的研究将有助于大幅提升开关磁阻电机转矩脉动抑制能力和容错性能,对于拓宽其在诸多应用领域的广泛应用具有重要的理论意义和实用价值。
混合储能源电动汽车开关磁阻电机驱动与充放电集成功率系统研究
  • 批准号:
    51607095
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    蔡骏
  • 依托单位:
国内基金
海外基金