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標題: 低速大轉矩永磁同步電機控制類設計資料 [打印本頁]

作者: nikercoco 時間: 2018-4-18 17:59
標題: 低速大轉矩永磁同步電機控制類設計資料
兩篇低速大轉矩永磁同步電機博士論文~永磁同步電機可用于新能源汽車，前景較廣，特別是低速大轉矩用途。

電機優(yōu)化設計技術發(fā)展至今，雖然已經(jīng)取得了巨大的成功，但由于電機設計除了要考慮效率外，還需要比較各設計方案下電機的體積、功率、成本等指標，其優(yōu)化可以表示為一個高維空間中的有約束、非線性、混合離散多目標規(guī)劃問題。由于多目標問題本身的復雜性，目前的求解方法還不完善，并有許多理論問題值得探討，因此，對原有優(yōu)化技術的改進和對新型尋優(yōu)策略的探索仍然是研究的重點歸納起來，其研究方向主要分以下三個方面：
1．對全局優(yōu)化算法的研究。雖然遺傳算法、模擬退火算法等算法提出已有相當長的時間，但其相關理論仍有待完善，全局搜索效果和搜索速度也還不十分理想，因而對這些算法的改進仍是研究的熱點。
2．將多種優(yōu)化算法相結合形成新的優(yōu)化算法，即所謂的混合優(yōu)化算法。傳統(tǒng)優(yōu)化算法具有搜索效率高、計算收斂穩(wěn)定的特點，但由于電機優(yōu)化設計目標函數(shù)和約束條件的高度非線性，因而存在優(yōu)化結果對初始解的選取依賴性強、算法容易過早收斂于局部極值點等一系列問題。而全局優(yōu)化算法，如遺傳算法，雖然理論上證明能收斂到全局最優(yōu)解，但是實際應用時搜索效率較低，優(yōu)化效果不穩(wěn)定，如何將兩者結合起來，取長補短，在提高計算速度的同時改善尋優(yōu)效果，始終是電機優(yōu)化設計的追求目標。
3．將專家系統(tǒng)的思想用于電機優(yōu)化設計中，形成智能化的電機優(yōu)化設計專家系統(tǒng)。電機領域專家所長期積累的經(jīng)驗，往往是難以用數(shù)學方法直接描述的，而專家系統(tǒng)可以把這些模糊的、不完整的經(jīng)驗數(shù)據(jù)融入電機設計中，進一步提高優(yōu)化性能。

伺服傳動系統(tǒng)設計參數(shù)的優(yōu)化可以歸結為一個復雜的有約束、非線性、混合離散的多目標函數(shù)的規(guī)劃問題，由于高度非線性的目標函數(shù)不具備傳統(tǒng)解析和數(shù)值方法所需要的優(yōu)良特性，傳統(tǒng)優(yōu)化方法無法準確得到電機設計的全局最優(yōu)解。針對以上問題，本文提出一種基于模糊專家系統(tǒng)和博弈論的多目標粒子群優(yōu)化算法，采用模糊專家系統(tǒng)將專家經(jīng)驗融合到粒子群運動方程組中，提高了求解精度和收斂速度。利用博弈論對多目標粒子群得到的Pareto解集進行搜索，運用策略性讓步博弈的思想綜合考慮各優(yōu)化目標，得出了電機優(yōu)化設計的最優(yōu)解，有效提
高了電機綜合性能指標。同時，本文采用信噪比方法分析了優(yōu)化方案對性能指標穩(wěn)健性的影響，并分析了驗證設計方案的可行性。基于靈敏度分析思想，揭示了電機個體設計參數(shù)與優(yōu)化目標的內在聯(lián)系。
最后，用基于模糊專家系統(tǒng)和博弈論的多目標粒子群算法對電梯用低速大轉矩永磁同步電機進行了優(yōu)化設計，結果表明，用本文所提出的設計方法設計的永磁同步電機系統(tǒng)具有效率高、動態(tài)性能好、溫升低、噪音低、可靠性高、使用壽命長等特點。

為了驗證基于矩陣變換器的永磁同步電機空間矢量調制策略的可行性及調
制方法的正確性，首先使用Matlab軟件平臺搭建了空間矢量調制的仿真模型，
并以低速大轉矩永磁同步電機作為被控對象，對矩陣變換器的輸入、輸出特性進行了分析。在仿真的基礎上，搭建了基于矩陣變換器的永磁同步電機實驗系統(tǒng)。仿真和實驗結果表明了本文提出的基于矩陣變換器的永磁同步電機控制系統(tǒng)的可行性，該控制器可以實現(xiàn)永磁同步電機驅動系統(tǒng)的精確調速，具有動態(tài)響應快，魯棒性強等優(yōu)點，同時還具有輸入和輸出電流諧波小、對任意負載輸入功率因數(shù)為l、無中間滯留濾波電容、能量可雙向流動、能實現(xiàn)四象限運行等顯著特點。因此，矩陣變換器作為現(xiàn)有交．直．交型PWM變頻器和傳統(tǒng)交．交變頻電路的一種補充和替代技術，不僅可以實現(xiàn)傳統(tǒng)交．直．交和交．交變頻電路的所有功能，而且
彌補了兩者的不足。
電機設計中要綜合考慮效率、體積、功率、成本的影響，其優(yōu)化可以表示為一個復雜高維空間中的有約束、非線性、混合離散多目標規(guī)劃問題。由于各個優(yōu)化目標之間存在競爭和沖突，傳統(tǒng)優(yōu)化設計策略存在設計周期長、優(yōu)化結果對初始解的選取依賴性強、算法容易過早收斂于局部極值點等一系列問題。
針對電機優(yōu)化設計中存在的高度非線性問題，本文提出了一種基于模糊專家系統(tǒng)的多目標粒子群算法，采用模糊專家系統(tǒng)將專家經(jīng)驗融合到粒子群運動方程中，提高了求解精度和收斂速度；采用博弈論對多目標粒子群得到的Pareto解集進行搜索，運用策略性讓步博弈的思想綜合考慮各優(yōu)化目標，得出了電機優(yōu)化設計的最優(yōu)解，有效提高了電機綜合性能指標；采用信噪比方法分析了優(yōu)化方案對性能指標穩(wěn)健性的影響；基于靈敏度分析思想，揭示了電機各設計參數(shù)與優(yōu)化目標的內在關系，為電機生產和設計提供了理論指導。最后，采用基于模糊專家系統(tǒng)和博弈論的多目標粒子群算法對電梯用低速大轉矩永磁同步電機進行了優(yōu)化設計，結果表明用本文所提出的設計方法設計的永磁同步電機系統(tǒng)具有效率高、動態(tài)性能好、噪音低、可靠性高等優(yōu)點。

雖然，本文在低速大轉矩伺服傳動系統(tǒng)的控制器和驅動電機一永磁同步電機的優(yōu)化設計方面取得了一定進展，但仍有大量的工作需要進一步完善：
1．矩陣變換器作為一種全新的控制理念，其技術還屬于未成熟階段，還有許多問題有待解決，本文只是對其基本的調制策略和換流策略進行了嘗試，更多、更完善的調制和換流策略有待進一步的實驗。
2．無傳感器控制是永磁同步電機控制系統(tǒng)發(fā)展的重要方向，但目前尚處于研究階段，尋求計算簡單、性能優(yōu)異的實用化無傳感器永磁同步電機是伺服驅動系統(tǒng)發(fā)展的更高層次。
3．對低速大轉矩伺服傳動系統(tǒng)設計分別對電機和控制器進行設計，電機設計過程中主要考慮電機設計參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響，忽略控制器的影響；控制器設計中將電機簡化為狀態(tài)方程，僅僅研究控制策略對系統(tǒng)性能的影響。伺服傳動系統(tǒng)運行性能是電機與控制器共同作用的結果，將其中任～方面過分簡化都將影響伺服傳動系統(tǒng)設計參數(shù)的全局最優(yōu)解。因此，如何將兩者有效結合起來進行綜合優(yōu)化設計是今后的研究方向。

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低速大轉矩永磁同步電機及其控制系統(tǒng).rar (4.81 MB, 下載次數(shù): 18)

低速大轉矩永磁同步電機及其控制系統(tǒng).pdf (5.09 MB, 下載次數(shù): 18)

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