电动叉车用双凸极电机控制技术研究-电力电子与电力传动专业论文.docxVIP

Nanjing University of Aeronautics and Astronautics The Graduate School College of Automation Engineering Research on the Control Technology of Doubly Salient Motor for Electric Forklift Trucks A Thesis in Electrical Engineering by Zhao Yiwei Advised by Prof. Zhang Zhuoran Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering January, 2015 承诺书 本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行 的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存、汇编学位论文。 （必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本承诺书） 作者签名： 日 期： 南京航空航天大学硕士学位论文 南京航空航天大学硕士学位论文 电动叉车用双凸极电机控制技术研究 电动叉车用双凸极电机控制技术研究 I I PAGE PAGE IV 摘 要 电励磁双凸极无刷直流电机以励磁绕组取代永磁体，使得双凸极电机的励磁磁场可以调节。 转子上无绕组和永磁体，结构简单、运行可靠且成本低；电动运行时，其可控变量较多、控制 灵活，因此在恶劣环境及高速场合具有广阔的应用前景，本文探索研究其在电动叉车驱动系统 中应用的基础问题。 首先介绍了双凸极无刷直流电机基本结构，阐述了其工作原理，建立了等效二端口数学模 型。运用有限元法与一台同为双凸极结构的磁通切换电机进行了初步对比分析，并根据双凸极 无刷直流电机三相六状态控制策略中存在的导通逻辑不合理现象，对双凸极电机换相时刻进行 了状态细分，研究了一种新型双凸极无刷直流电机三相九状态控制策略。 随后，对采用三相九状态控制策略的双凸极无刷直流电机驱动系统进行了场路联合仿真， 并同传统双凸极无刷直流电机控制策略进行了对比分析，讨论了换相过程不同控制策略对电机 输出转矩、相电流的影响。针对双凸极无刷直流电机可控参数较多的特点，研究了不同励磁电 流、控制角度对电机的影响规律。同时，针对三相九状态控制策略中某一时刻存在三相同时导 通的现象，提出了一种分段 PWM 调制策略，并对双凸极无刷直流电机驱动系统动态特性进行 了仿真分析，结果表明其在负载变化过程中具有良好的动态性能。 讨论基于 ARM 与 CPLD 的数字控制器硬件结构与原理，绘制了包括其驱动电路、保护电 路、位置信号检测电路等在内的 PCB 板。分析了霍尔位置传感器正、反转电压信号同位置信号 固有偏差的问题与机理，针对该问题设计并研究了新型位置传感器，并进行了测试分析。 最后，构建了双凸极无刷直流电机驱动系统实验平台，进行了实验验证，对比分析了不同 控制策略下双凸极无刷直流电机的输出特性，结果表明新型三相九状态控制策略能有效提升双 凸极电机输出转矩及运行效率，进一步说明双凸极无刷直流电机驱动系统在电动叉车领域有重 要应用前景。 关键词：双凸极电机，无刷直流，磁通切换，有限元法，PWM 分段调制策略，三相九状态控 制策略 ABSTRACT Wound field doubly salient brushless dc machine is developed on the basis of doubly salient permanent-magnet machine but with field winding instead of permant magnets. Due to the simple structure with no winding or permanent magnet on the rotor, it is much more reliable and cheaper. In motoring mode, it is very easy to control due to the variable control parameters. Hence, it has a wide application prospect in the field of harsh and high-speed env