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超声波振动筛电机控制方案的分析和比较

发布者:东源机械 发布日期:2013-08-28

超声波振动筛的开关磁阻电机是近几十年来迅速发展起来的一种新型电机,它具有结构简单、成本低、可靠性高、转速范围宽等优点,但作为一种时变、非线性、强耦合的系统,超声波振动筛使用传统控制策略难以获得优异性能。转矩脉动较大是开关磁阻电机较为突出的缺点,会带来转速波动和噪音等问题,这些都制约了开关磁阻电机的推广与应用。为抑制转矩脉动,提高超声波振动筛的开关磁阻电机传动系统的性能,本文对开关磁阻电机直接转矩控制策略展开研究,重点讨论了直接转矩磁链控制和直接瞬时转矩控制两种直接转矩控制方案,并提出了一种新的直接瞬时转矩控制方案。本文的具体内容如下:

(1)介绍了超声波振动筛开关磁阻电机的运行原理、建模方法以及传统控制方案(斩波电流控制、角度位置控制和电压PWM控制),并讨论了开关磁阻电机的研究现状,在阅读大量文献的基础上,对现有的超声波振动筛的各种开关磁阻电机控制方案进行了分析和比较。

(2)分析了超声波振动筛开关磁阻电机直接转矩磁链控制方案。这种方法与传统交流电机的直接转矩控制类似,都是根据转矩和磁链矢量幅值给定值与实际值之间的偏差来选择施加在电机上的电压矢量,以达到同时控制超声波振动筛转矩和磁链的目的。这种方法无需设定开通角和关断角,与传统的控制方法有着明显的不同,但是由于未对电机各相通电区域进行限制,在运行时各相都会产生较大负转矩,导致电机效率降低。

(3)研究了超声波振动筛开关磁阻电机的直接瞬时转矩控制方案。这种方法根据转矩给定值与实际值之间的偏差以及转子位置来确定电机供电变流器的工作状态,从而实现转矩控制。超声波振动筛与直接转矩磁链控制相比,有以下几点明显的不同:没有磁链幅值闭环,结构更加简单;通过转子位置而非磁链矢量判断扇区;通过开通角和关断角将各相通电区域限定在电感上升阶段,这样就尽量避免了负转矩的产生。直接瞬时转矩控制结构简单,容易实现,而且性能优异,是一种更加实用的直接转矩控制方法。

(4)提出了一种新的超声波振动筛直接瞬时转矩控制方案,这种方法使用的矢量表更加简单,可以提高转矩响应速度。文中详细说明了新直接瞬时转矩控制的工作原理,并给出了判断某一转速下使用这种控制方案能否控制转矩维持在给定值的方法。

(5)为实现超声波振动筛设备的转矩估计,本文建立了一个基于傅里叶级数的开关磁阻电机非线性模型,并给出了离线和在线两种确定模型参数的方法。在所建立模型的基础上设计了两种转矩估计器:一种通过电流和转子位置计算转矩,另一种则根据超声波振动筛的电流和磁链来估计转矩。

责任编辑:新乡市东源机械有限公司

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