检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：毕广东哈尔滨工业大学

学位级别：博士

随着电气化进程的深化发展,电机系统作为能量转换的核心部件,在智能制造领域发挥着重要的作用。永磁同步电机凭借其高效率和高功率密度等优点得到了广泛应用,其矢量控制需要准确的转子位置信息以进行有效解耦,但是位置传感器的使用会导... 详细信息

随着电气化进程的深化发展,电机系统作为能量转换的核心部件,在智能制造领域发挥着重要的作用。永磁同步电机凭借其高效率和高功率密度等优点得到了广泛应用,其矢量控制需要准确的转子位置信息以进行有效解耦,但是位置传感器的使用会导致系统成本和体积增加。此外,受极端环境(如高温和高压等)影响,导致系统中无法安装位置传感器。因此,基于电机位置自传感的无位置传感器控制策略得到了广泛关注。高频信号注入法是控制永磁电机低速无传感器可靠运行的有效途径,目前该方法仍存在一些核心问题亟需解决,主要包括:转子初始位置检测、参数自整定、转子位置偏移误差补偿以及脉动误差抑制等。本文面向工业领域应用需求,对上述关键问题进行研究,以实现永磁电机低速运行的自适应无传感器控制。转子初始位置是实现系统可靠起动运行的重要信息,传统方法主要利用高频信号注入方式估计电机转子磁极位置,并通过双向脉冲信号注入判别磁极极性,导致检测过程不连续且存在显著噪音等问题。为此,本文提出一种基于随机高频方波电压注入的永磁同步电机转子初始磁极位置及极性辨识方法。首先,通过提取静止轴系中的随机高频响应电流对磁极初始位置进行估计,然后研究一种随机高频响应电流峰值累加的信号处理方法,实现对磁极极性的同步辨识。为进一步提高磁极极性辨识准确度,研究了一种饱和峰值电流延时补偿策略,降低了数字延时对高频信号处理的影响。所研究方法利用随机高频电流信号处理实现了磁极位置和磁极极性的同时检测,无需大幅值脉冲信号注入,有效减小了附加噪音。当采用高频信号注入法进行永磁同步电机低速运行无传感器矢量控制时,注入信号参数、闭环控制器参数和位置观测器参数对转子位置估计精度、电机暂态和稳态控制性能有重要影响。本文提出一种基于多目标绝对误差积分优化的高频注入法参数自整定策略,利用静态自学习和环路等效模型对参数进行离线整定,并将绝对误差积分平均值作为整定规则,以转速和转矩波动为优化指标设计自适应律,对控制器和观测器参数进行在线整定。针对绝对误差积分提取环节,研究了一种基于移动窗口的误差检测方法,避免了参数误整定和整定延迟的问题。所提出方法将离线与在线整定相结合,在确保电机顺利起动的前提下,进一步改善了低速运行的稳态和暂态性能,实现了永磁电机高频信号注入法无位置传感器控制系统自适应免调试运行。针对永磁电机磁场交叉饱和效应等非理想因素引起的高频信号注入法易产生转子位置观测偏移误差问题,本文提出一种基于电流矢量角自适应调节的转子位置偏移误差补偿策略。通过自适应调节电流矢量角获取两个不同的电流矢量幅值和相角信息,并结合永磁同步电机电磁转矩特性,运用解析几何的方法在线检测转子位置观测偏差,从而实现误差的自适应补偿。由于所研究方案的电流矢量角可以跟随负载变化进行自适应调节,解决了传统方法在轻载时信噪比较低和重载时电流幅值波动较大的问题。该方法无需离线测量或有限元分析,对不同负载条件下的位置偏移误差均有较好的补偿效果,提升了无传感器控制算法的性能。受逆变器非线性、磁场空间谐波和电流采样误差等方面影响,高频信号注入法的转子位置观测结果中存在显著的脉动误差,从而引起转矩波动,进而导致无传感器系统低速运行性能降低。本文提出一种基于自适应迭代学习的转子位置脉动误差抑制策略,通过构建遗忘因子比例型迭代学习的转子位置观测器,实时获取跟踪误差并迭代生成控制补偿量,从而对转子位置脉动误差进行在线抑制。研究了一种迭代学习增益自整定策略,进而改善了不同运行工况条件下位置脉动误差的抑制能力。所研究方法无需区分脉动误差产生原因和谐波误差频次,对不同因素导致的谐波误差成分均有较好的抑制效果,从而降低了无传感器控制系统的转矩脉动。最后,在无传感器永磁同步电机驱动系统实验平台上实现所研究控制方法的数字算法,并进行无传感器系统起动性能和低速运行性能等实验测试。结果验证了所提出永磁同步电机高频信号注入无位置传感器自适应控制策略的有效性,可以为实现高性能无传感器控制系统提供理论和技术支撑。

关键词：永磁同步电机无位置传感器控制高频信号注入初始位置检测参数自整定位置误差抑制

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绿篱机用永磁无刷直流电机的设计与控制

绿篱机用永磁无刷直流电机的设计与控制

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作者：梁淑敏临沂大学

学位级别：硕士

随着城市绿化建设的不断推进,绿篱机在草坪维护中的应用日益广泛。永磁无刷直流电机因具备体积小、维护方便等优势,通常成为绿篱机的首选电机。永磁无刷直流电机作为绿篱机核心器件,其电磁设计和控制策略直接影响绿篱机工作性能。本文... 详细信息

随着城市绿化建设的不断推进,绿篱机在草坪维护中的应用日益广泛。永磁无刷直流电机因具备体积小、维护方便等优势,通常成为绿篱机的首选电机。永磁无刷直流电机作为绿篱机核心器件,其电磁设计和控制策略直接影响绿篱机工作性能。本文深入研究了绿篱机中永磁无刷直流电机的设计与控制问题。首先,根据电机设计目标,进行磁路计算以及有限元仿真。磁路计算包括定子冲片、转子结构的选择、主要尺寸的计算以及永磁体的材料和尺寸选择;有限元仿真方面,首先建立电机的有限元模型,并通过有限元仿真对电机进行静磁场仿真和瞬态仿真分析。静磁场仿真分析了电机在静态场下的磁力线分布和磁密分布,达到了预期的设计要求;瞬态仿真分析了电机在空载和负载条件下转速、转矩、绕组感应电动势和绕组相电流的变化。仿真结果表明,电机能够达到设计的转速和功率输出,同时保持良好的运行稳定性。其次,针对永磁无刷直流电机的设计问题,本文提出了一种通过齿尖阶梯偏斜来抑制分段定子永磁电机齿槽转矩的新方法。使用JMAG建立正常、齿尖2步偏斜和齿尖人字形偏斜电机有限元模型,对正常、齿尖2步偏斜和齿尖人字形偏斜电机进行齿槽转矩和轴向力的分析。仿真结果表明,齿尖人字形偏斜结构能有效降低齿槽转矩,保持输出扭矩稳定。进一步,验证了齿尖偏斜设计在减少轴向力和改善电机性能方面的有效性。本研究不仅优化了电机的运行效率,还通过减少噪音和振动,提高了电机的整体性能和可靠性。最后,针对永磁无刷直流电机控制问题,本文对永磁无刷直流电机控制系统进行硬件电路设计和软件实现。在硬件电路设计方面,在Altium Designer软件中绘制了控制系统硬件电路原理图。采用STM32f103系列芯片,对电源电路、驱动电路、反电势位置检测电路、电流采样等电路进行设计,并印制控制系统电路板。在软件实现方面,通过Keil u Vision5开发环境实现了ADC采样、电流转速控制、电机换相位置计算等功能,验证了不同功能控制策略的有效性。

关键词：永磁无刷直流电机无位置传感器控制齿槽转矩有限元 STM32

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永磁同步电机无位置传感器全速域转子位置测量方法

永磁同步电机无位置传感器全速域转子位置测量方法

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作者：张家特魏佳丹王艺威颜闵杰黄思宇郇希岳 210016 江苏省南京市秦淮区御道街29号

本发明公开了一种永磁同步电机无位置传感器全速域转子位置测量方法，将零低速运行阶段的旋转高频信号注入法和中高速阶段反电势解析计算法相结合，构成全速域转子位置测量策略，分别对旋转高频信号注入法和反电势解析计算法的获得位置... 详细信息

标准号: CN114744925A

本发明公开了一种永磁同步电机无位置传感器全速域转子位置测量方法，将零低速运行阶段的旋转高频信号注入法和中高速阶段反电势解析计算法相结合，构成全速域转子位置测量策略，分别对旋转高频信号注入法和反电势解析计算法的获得位置估计误差信号进行归一化处理，获得混合位置误差信号，作为控制策略切换区间的位置误差信号，经过PI调节器，收敛为零后，从而获得转子位置，实现永磁同步电机全转速范围内无位置传感器控制。

关键词：永磁同步电机转子位置测量高频信号反电势注入法解析无位置传感器控制控制策略切换位置误差信号无位置传感器归一化处理低速运行估计误差混合位置获得位置误差信号转子位置全转速收敛

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面向转子机械位置无传感技术的非对称磁障和隔磁桥IPMSM设计

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电机与控制应用 2025年第2期52卷 181-191页

作者：郑涛林晓刚陈伟姜国豪解伟中国科学院福建物质结构研究所福建福州350002 中国科学院大学福建学院福建福州350108 福州大学先进制造学院福建泉州362251

【目的】针对传统无位置传感器算法因只能观测电角度而无法应用于伺服位置的问题,本文提出一种具有非对称转子的8极9槽内置式永磁同步电机,利用其不对称的电感特性观测转子机械角。【方法】通过在转子不同极对下引入不同参数的磁障与隔... 详细信息

【目的】针对传统无位置传感器算法因只能观测电角度而无法应用于伺服位置的问题,本文提出一种具有非对称转子的8极9槽内置式永磁同步电机,利用其不对称的电感特性观测转子机械角。【方法】通过在转子不同极对下引入不同参数的磁障与隔磁桥,改变电机定转子之间主磁路和漏磁路的磁阻,使电感波形呈现出与转子机械角度信息有关的周期性变化。根据对磁路的分析结果,引入考虑了转子非对称性的修正系数对绕组函数法的电感计算方法进行修正。【结果】结果表明,磁障宽度增加会使得电感减小、隔磁桥高度增加会使得电感增大,与有限元仿真分析结果相比平均百分误差约1.59%。【结论】所提方法的计算结果和仿真结果验证了非对称转子拓扑在无位置传感器算法识别机械角度技术方面的可行性。

关键词：无位置传感器控制机械角度非对称转子磁障隔磁桥电感

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假定坐标系下的IPMSM转子位置观测器

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微电机 2025年第4期58卷 47-52页

作者：门强深圳市英威腾电气股份有限公司广东深圳518106

在此提出了一种在假定旋转坐标系(γδ)上实现的内置式永磁同步电机(IPMSM)转子位置估计方案。该方案基于电机的连续域电压方程,并引入了滤波器处理电流噪声,实现了在0.8%~100%的转速范围内优良的观测性能。首先,本文根据“有效磁链”... 详细信息

在此提出了一种在假定旋转坐标系(γδ)上实现的内置式永磁同步电机(IPMSM)转子位置估计方案。该方案基于电机的连续域电压方程,并引入了滤波器处理电流噪声,实现了在0.8%~100%的转速范围内优良的观测性能。首先,本文根据“有效磁链”概念推导出IPMSM在(γδ)坐标系上的电压方程。基于此电压方程,提出了一种新型的具有自适应特点的转子位置估计器模型,并运用李雅普诺夫第一法证明了该估计器的稳定性以及估计器的参数设计方法。最后,通过一台额定转速为7600 r/min、具有4对极的电机进行仿真和实物测试。结果表明,电机在额定转速的0.8%时,能够带满载稳定运行;额定转速时,最大角度观测误差0.18 rad。该方案还具有快速的收敛性,能够使电机直接启动、快速响应指令和负载的变化。

关键词：永磁同步电机无位置传感器控制假定旋转坐标系非线性控制率自适应转子位置观测器

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游标电机的低速无位置控制

游标电机的低速无位置控制

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作者：熊凯浙江大学

学位级别：硕士

永磁游标电机(Permanent Magnet Vernier Motor,PMVM),是基于磁场调制原理设计而得的一种永磁电机,通过定子齿的调制作用,将定子绕组通电后产生的极对数少、转速高的电枢磁场,调制成极对数多、转速低的气隙磁场,与转子相互作用,实现多... 详细信息

永磁游标电机(Permanent Magnet Vernier Motor,PMVM),是基于磁场调制原理设计而得的一种永磁电机,通过定子齿的调制作用,将定子绕组通电后产生的极对数少、转速高的电枢磁场,调制成极对数多、转速低的气隙磁场,与转子相互作用,实现多极对数低速运行的效果,解决了低速电机定子槽极数多的缺点。相比于磁齿轮复合型永磁电机,PMVM仅有单层气隙的结构,能够有效减少电机漏磁,且加工简单,在保证电机性能的同时可以节约制造成本,在低速大转矩的应用场合有很大的应用前景。游标电机在低速域运行时,位置信号检测的准确性及扰动转矩的存在,会严重影响其运行的稳定性。针对此,本文设计了改进超螺旋滑模观测器进行位置信号的检测,同时,提出了基于扰动转矩观测器的补偿策略,减弱了扰动转矩的影响,实现了游标电机在低速域的稳定运行。本文首先简要介绍了游标电机的研究现状,深入分析游标电机的运行原理,阐述了调制形成的空间谐波的相位以及输出转矩的构成成分,通过有限元仿真验证了相关原理及结论。其次,建立了表贴式游标电机的矢量控制数学模型,针对其无位置传感器的控制,设计了基于改进超螺旋滑模观测器的转子位置观测方法,通过仿真验证了设计的改进超螺旋滑模观测器在游标电机运行时的有效性与优越性,相比传统滑模观测器,该方法具有更高的观测精度。再次,本文分析了游标电机在低速运行阶段,对其稳定性造成影响的主要因素,包括调制谐波转矩、齿槽转矩和摩擦阻尼转矩,有针对性的设计了扰动转矩观测器,提出了基于扰动转矩观测器的补偿策略,对所提出的控制策略在电机低速运行时,如何抑制转速波动的具体原理进行说明。在此基础上,结合改进超螺旋滑模观测器,有效实现了游标电机的低速无位置传感器的稳定运行。通过仿真验证了所设计的观测器的准确性及补偿策略的有效性,证明了所提出方法的优越性。最后,搭建了以ST公司的STM32G431RBT6为主控芯片的实验控制平台。在对一台分裂齿游标电机进行了原理验证的基础上,对所提出的改进超螺旋滑模观测器和扰动转矩观测器补偿策略的有效性进行验证。实验结果表明,该控制策略能够有效提高PMVM在低速运行时的稳态和动态性能。

关键词：分裂齿游标电机无位置传感器控制改进超螺旋滑模观测器扰动转矩观测器

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计及谐波空间的双三相永磁同步电机高性能控制技术研究

计及谐波空间的双三相永磁同步电机高性能控制技术研究

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作者：余开亮东南大学

学位级别：博士

多相电机凭借着大功率输出、转矩脉动小、可靠性高等诸多优点在船舶推进、航空航天、电动汽车等可靠性要求严苛的场合得到广泛关注。得益于矢量空间模型,多相电机驱动系统控制可以简化为转矩空间的转速和磁链控制,这与三相电机驱动控制... 详细信息

多相电机凭借着大功率输出、转矩脉动小、可靠性高等诸多优点在船舶推进、航空航天、电动汽车等可靠性要求严苛的场合得到广泛关注。得益于矢量空间模型,多相电机驱动系统控制可以简化为转矩空间的转速和磁链控制,这与三相电机驱动控制并无差异。多相电机因此可以沿用成熟的三相电机驱动控制技术,然而其空间维度优势对于多相电机驱动性能提升尚有待发掘。多相电机驱动系统的深入研究有利于其在船舶推进、航空航天等领域的推广应用和性能提升,因此具有重要的理论研究和工程应用意义。相比于其他多相电机,双三相永磁同步电机因良好的三相兼容性、高功率密度和功率因数等优势而备受关注。本文以双三相永磁同步电机驱动系统为研究对象,基于矢量空间模型的磁场定向控制基本框架,充分挖掘多空间维度优势——谐波空间,对系统建模、多参数辨识、无差拍模型预测控制,无位置传感器控制以及容错控制等方面进行深入分析,主体研究内容总结如下: 首先,针对任意相移角下双三相永磁同步电机,总结了双三相永磁同步电机的矢量空间模型、双dq模型以及二者相互转换关系。针对30度相移角下双三相永磁同步电机,将旋转变换扩展至矢量空间模型中谐波子空间,厘清了不同参考坐标系下两种模型间电压、电流、磁链等物理量转换关系。进一步,基于矢量空间模型和双dq模型之间转换关系,从双dq模型角度推导出任意相移角下双三相永磁同步电机的矢量空间模型及其变换矩阵。双三相永磁同步电机的不同建模方法和转换关系为后续电机控制方法设计奠定了坚实的基础。其次,针对参数辨识方程欠秩问题与参数精度耦合问题,提出了基于位置偏移和高频方波电压扰动侵入的多参数辨识方法。针对两电平逆变器的非线性问题,结合双三相永磁同步电机多空间维度特点,提出基于谐波空间电流注入的误差电压幅值在线辨识和补偿方法;建立了考虑位置误差的双三相永磁同步电机方程,通过向两套三相绕组注入相反位置偏移将永磁磁链项引入到谐波空间,利用零谐波空间电流设置消除电阻和电感等参数影响从而实现永磁磁链的独立辨识;结合电机高频模型阐述了方波电压注入下高频正负序电流幅值的简易提取方法,提出了基于高频方波电压注入的电感辨识方法;推导了相电流幅值对称的谐波空间电流注入表达式,结合已辨识的电感参数,利用谐波空间电压方程最终完成定子电阻的辨识。然后,针对无差拍预测控制方法参数不匹配下系统控制性能恶化、失去稳定的现象,提出了基于复合扰动观测器的双三相永磁同步电机级联无差拍预测控制方法。分析了传统电流无差拍预测控制方法下稳态电流误差的参数灵敏度,根据扰动时域高阶导数特征,提出了基于广义比例积分观测器和滑模观测器的复合型扰动观测器,提高了电流无差拍预测控制的参数鲁棒性。研究了包含转速滤波器、电流环等内部延迟环节的转速环预测模型,结合复合型扰动观测器解决了转速无差拍预测控制中参数不匹配,负载转矩未知等问题,提出了级联式转速无差拍预测控制方案。更进一步地,针对基于扰动观测器的无差拍预测控制环路进行离散域建模,探究了不同扰动观测器增益系数下系统参数变化范围。再次,针对基于高频信号注入的传统无位置传感器控制方法中存在滤波器相位延迟,转矩纹波等局限,分别从信号注入频率、信号注入空间两个角度提出了适用于双三相内嵌式永磁同步电机的无位置传感器控制方法。一方面,针对内嵌式永磁同步电机建立高频电压注入下复矢量形式的位置观测模型,分析了正弦旋转电压注入下传统信号处理中滤波器相位延迟等局限,提出了任意频率正交方波电压注入下无相位延迟的位置信号提取方法;另一方面,研究了双三相内嵌式永磁同步电机谐波空间电机凸极性,修正了谐波空间位置观测模型,最后提出了基于谐波空间高频方波注入的双三相内嵌式永磁同步电机低转矩脉动无位置传感器控制。最后,针对双三相永磁同步电机的单相开路故障,提出了无需提前故障诊断、系统重构少的自容错控制方法。分析了单相故障情况下两套三相绕组电流的相序分量,研究故障情况下转矩空间和谐波空间电流闭环控制目标的兼容性,分析了故障情况下转矩空间电流控制环路的电压扰动,厘清了传统控制方案开路故障情况下转矩纹波产生机理,并提出了基于陷波器、扰动观测器的自容错控制方法;探究了自容错控制框架下不同容错运行优化模式与谐波空间正序电流参考值的对应关系,推导以幅值比和相位偏移为中间变量的谐波空间正序电流参考值设置方法;比较了最小铜耗策略和最大转矩策略在转矩运行范围、铜耗等方面各自的优势,提出了适用于自容错控制的全转矩范围铜耗最小在线计算策略。作为通用控制方法,所提出的自容错控制方法不仅适用于系统正常工况和故障工况,而且降低了容错运行流程中故障诊断的优先级。

关键词：双三相永磁同步电机矢量空间模型矢量控制多参数辨识级联式无差拍预测控制高频注入无位置传感器控制单相开路自容错

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基于改进型自调整轴系幅值收敛电流解调算法的旋转高频电压注入法

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电工技术学报 2021年第10期36卷 2049-2060页

作者：麦志勤肖飞刘计龙张伟伟连传强海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室武汉430033

应用于旋转高频电压注入法的自调整轴系幅值收敛(SFAC)电流解调算法简单实用,可实现静止工况下永磁同步电机转子初始位置高精度辨识。但分析发现,由于位置估计误差随转速变化而变化,该算法不适用于非零速区间。为此,提出一种改进型SFAC(... 详细信息

应用于旋转高频电压注入法的自调整轴系幅值收敛(SFAC)电流解调算法简单实用,可实现静止工况下永磁同步电机转子初始位置高精度辨识。但分析发现,由于位置估计误差随转速变化而变化,该算法不适用于非零速区间。为此,提出一种改进型SFAC(ISFAC)电流解调算法。该算法在估计dq坐标系下对高频电流解调并构造转子位置误差信号,利用正序、负序高频电流相移等值异号的特性实现电流相移自动抵消,不仅省去复杂的位置误差补偿策略,而且将原SFAC算法的速度适用范围由零速区拓宽至非零速区。该文对SFAC算法的原理以及导致非零速区位置估计误差的原因进行分析,并介绍ISFAC算法的实现过程。最后利用RT-Lab平台对传统SFAC算法与ISFAC算法的位置估计性能进行对比验证。

关键词：永磁同步电机旋转高频电压注入法电流解调自调整轴系幅值收敛无位置传感器控制

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一种满足电动汽车多变工况的五相永磁电机无位置传感器驱动方法及装置

一种满足电动汽车多变工况的五相永磁电机无位置传感器驱动方法及...

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作者：张丽韩赛朱孝勇项子旋王忠 212013 江苏省镇江市京口区学府路301号

本发明公开了一种满足电动汽车多变工况的五相永磁电机无位置传感器驱动方法及装置，实施包括基于代偿理念，提出一类更加适用于无位置传感器控制和电动汽车运行特点的五相磁通增强永磁容错电机；利用转子位置自检测方法代偿位置传感器... 详细信息

标准号: CN114189181A

本发明公开了一种满足电动汽车多变工况的五相永磁电机无位置传感器驱动方法及装置，实施包括基于代偿理念，提出一类更加适用于无位置传感器控制和电动汽车运行特点的五相磁通增强永磁容错电机；利用转子位置自检测方法代偿位置传感器功能，实现全速域下的无位置传感器运行；设计具有强鲁棒性的扰动自适应控制器，确保电机故障时仍然能够获取高品质转矩；在电机故障时不需要冗余的坐标变换和电压补偿，实现了不同故障下驱动系统的无重构，降低了复合故障下驱动系统的复杂度，提升了多运行工况下驱动系统的可靠性。本发明突破传统永磁电机容错和无位置传感器的技术束缚，统筹考虑电机和驱动控制器，为车用电机驱动系统性能的提升提供了新思路。

关键词：驱动系统无位置传感器电动汽车电机故障永磁电机无位置传感器控制驱动方法及装置永磁容错电机自适应控制器驱动控制器位置传感器车用电机电压补偿复合故障运行工况运行特点转子位置坐标变换扰动冗余复杂度高品质鲁棒性自检测磁通重构转矩电机束缚

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电动拖拉机内置式永磁驱动电机设计、优化及控制研究

电动拖拉机内置式永磁驱动电机设计、优化及控制研究

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作者：张凯江苏大学

学位级别：博士

驱动电机作为拖拉机电动化技术的核心与关键,是电动拖拉机的动力之源,直接决定着整机作业效率与耕作质量。然而,拖拉机当前总体处于电动化发展的起步阶段,市场中缺乏直接适配拖拉机驱动电机的独立产品门类,因而大多通过直接采购市场通... 详细信息

驱动电机作为拖拉机电动化技术的核心与关键,是电动拖拉机的动力之源,直接决定着整机作业效率与耕作质量。然而,拖拉机当前总体处于电动化发展的起步阶段,市场中缺乏直接适配拖拉机驱动电机的独立产品门类,因而大多通过直接采购市场通用驱动电机产品的方式来充当拖拉机的作业与牵引动力。受驱动电机机械选型的客观因素制约,拖拉机复杂繁多的作业模式与牵引工况很大程度会引起选型电机在驱动动力、转速及效率等性能方面,出现与实际需求脱节的明显问题,这将大大影响电动拖拉机的运行性能。本文在国家自然科学基金(51777089)的资助下,围绕25马力悦达黄海金马YL254ET拖拉机的动力系统结构、电机结构设计及优化、无位置传感器控制策略和多工况全速域驱动控制等方面展开了细致的研究工作。论文取得的主要研究成果如下:1.在考虑电动拖拉机作业工况与牵引工况特点的基础上,深入分析了拖拉机动力系统的驱动运行模式及其相应的功率流特性;结合园艺拖拉机重量、挡位传动比、作业行走与运输转场行走等动力系统具体参数,对拖拉机不同工况模式下的驱动系统牵引力特性进行了分析与计算,从而明确了电动拖拉机对驱动电机在转矩、转速、功率等方面的基础设计要求和设计目标。2.针对性提出并研究一种具有高功率/转矩密度、高效率等性能潜在优势的内置式永磁电机结构。依据电动园艺拖拉机实际底盘内部空间尺寸参数,分析及确定电机外径、轴长等初始结构参数。基于此,针对电机的极槽配比、拓扑结构、定转子关键参数等进行初始设计,并且结合电磁性能分析,确定了电机的初始结构方案。3.为了获得内置式永磁驱动电机在转矩密度、效率等性能方面的综合提升与实现,在充分考虑电动拖拉机作业载荷与牵引载荷复杂性与多变性的基础上,提出永磁驱动电机多工况多目标综合优化策略。选取代表电动拖拉机作业与运输特点的三个典型运行工况点及两个温升核验工况点,旨在满足电动拖拉机驱动电机的高效、稳定输出。分类制定不同工况下的性能目标与限制条件,借助敏感度分析法获得不同工况下的电机敏感设计参数。在此基础之上,采用实验设计法、响应面法及多目标遗传算法,对内置式永磁驱动电机进行多性能目标综合优化与权衡。通过引入电机设计需求完成度分析与计算,结果反映出优化后的电机性能满足设计需求,验证了优化设计方法的有效性。4.针对拖拉机工作环境复杂恶劣,电机位置信号易丢失等问题,引入无位置传感器控制方法,提出了一种模糊滑模观测器和模糊锁相环结合递归最小二乘自适应线性谐波提取器的无位置传感器控制策略,以确保拖拉机电机驱动系统的有效运行。该策略使用模糊控制器对滑模观测器以及锁相环中的控制参数进行模糊化处理,并可根据电机的实际工况对控制参数进行实时调整;利用递归最小二乘自适应线性谐波提取器有效滤除空载感应电势中的高次谐波分量,显著提升了位置估计精度。5.针对电动拖拉机电机驱动系统不仅需要具备低速大转矩能力,还需要具备宽调速范围和强弱磁性能的特点,推导并验证了内置式永磁电机在多工况运行时的数学模型,包括最大转矩电流比控制策略、弱磁控制策略。同时,还对内置式永磁电机的电压和电流约束进行分析,最后通过仿真和实验验证了所提方法在不同工况下的稳态表现和动态响应情况。6.根据优化结果试制了内置式永磁同步电机和驱动控制器样机,搭建了实验平台,对样机的空载感应电势、不同速度和负载转矩时的电流与输出转矩等电机性能进行了测试;基于所试制的电机和驱动器样机,完成了25马力悦达黄海金马YL254ET拖拉机的整机装配,并进行了实地测试,验证了电机与驱动控制器设计的合理性和正确性。

关键词：电动拖拉机内置式永磁同步电机电驱动系统多目标优化设计无位置传感器控制

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