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开关磁阻电机磁固耦合非线性动力学建模及振动控制
成果信息
立项支持
  • 公布年份:
    2017
  • 中图分类:
    TM352
  • 关键词:
  • 成果简介:
    该项目获得了国家自然科学基金项目“开关磁阻电机磁固耦合非线性动力学建模及振动控制”(负责人:张京军,编号:11272112)、河北省自然科学基金项目“开关磁阻电机系统优化设计及模糊补偿控制策略研究”(负责人:张海军,编号:E2010001033)和河北省科技支撑计划项目“基于非线性模型的开关磁阻电机系统动态设计技术与控制研究”(负责人:马希青,编号:09215602D)资助。 项目组针对开关磁阻电机运行中存在的转矩脉动和强振动噪声等问题,综合力学、电磁学和控制等多学科理论,从系统建模、优化设计和智能控制三个方面,对开关磁阻电机振动抑制问题进行了研究。基于机电分析动力学理论,考虑铁磁材料的饱和特性与边缘磁通影响,结合麦克斯韦应力法与磁路法,建立了开关磁阻电机磁固耦合非线性动力学模型;通过对定转子凸极间的气隙磁密和电磁力进行计算,揭示了定子径向振动位移与电磁力耦合作用关系。基于上述理论建立的优化模型,利用改进多目标遗传算法,对电机本体结构和控制系统进行了优化,获得了电机系统最优结构设计参数和控制参数,并开发了“电机优化设计及振动抑制”软件。具体内容如下: (1)实现了开关磁阻电机动态系统仿真。考虑电机材料的非线性、边缘磁场、端部绕组等因素的影响,利用ANSYS软件,建立开关磁阻电机三维有限元模型,进行非线性电磁分析和计算,获得后续控制仿真所需的相关数据和特性曲线。在Simulink环境中,采用插值技术应用有限元计算结果,完成开关磁阻电机系统动态仿真。 (2)建立了开关磁阻电机定子振动系统磁固耦合非线性动力学模型。采用幂次函数拟合铁芯硅钢片磁化曲线,可以更精确地模拟铁磁材料饱和特性,并利用麦克斯韦应力法和磁路法,分析了开关磁阻电机定子凸极径向振动位移与气隙磁场、电磁力的耦合关系,建立了开关磁阻电机磁固耦合非线性动力学模型,为深入研究开关磁阻电机振动噪声问题奠定了理论基础。 (3)采用了基于不动点理论的改进遗传算法对开关磁阻电机进行多目标优化。基于磁固耦合非线性动力学模型,构建了斜槽结构开关磁阻电机优化模型,利用基于不动点理论的改进遗传算法优化电机参数。根据优化结果,结合电机调速和控制经验以及有限元电磁分析数据、初始仿真结果等设计详细的补偿规则,对相电流进行补偿控制,使相电流波形能够随期望值变化以减小和抑制系统低速运行时的转矩脉动。 (4)提出了基于模糊自抗扰组合控制策略的开关磁阻电机系统振动控制方法。通过模糊控制技术实现了转矩电流逆向补偿控制,获得参考电流值。采用改进自抗扰控制技术使相电流实时跟踪参考电流变化,克服因负载扰动及参数变化引起的不确定性,降低转矩脉动,实现了转矩平稳输出。
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