高速永磁同步电机设计与优化控制研究
发布时间：2022-12-04 16:21
高速永磁同步电机（HSPMSM）具有转动惯量小,动态响应快的优点。由于电机本身具有高转速,且单位体积产生的功率大,因此其体积远小于功率相同和转速较低的电机,可减轻电机重量,降低制造成本,广泛应用在航空,飞轮储能,石油工业等领域。但是,在该类电机的研发中,发现其高转速和快速升温可能引起电机参数的变化,导致控制效果变差。本文在已给定高速永磁同步电机功率转速的情况下,主要对电磁结构、控制策略进行设计与研究。本文主要内容如下:1.简要介绍了HSPMSM的特点,然后对电机定子和转子的结构进行了设计,主要工作在确定定、转子内外径,对永磁体及铁心材料、长度、尺寸的选取,极槽、绕组配合及优化。应用Ansoft/Maxwell2D有限元分析软件建立该电机物理模型,对新结构电机的定转子磁场、气隙磁场幅值、磁密磁力线分布情况、转矩大小等进行仿真,分析了高速永磁同步电机的空载特性及负载特性,验证设计的合理性。2.针对传统永磁同步电机（PMSM）的PID控制系统存在的转速响应时间慢、超调以及稳态误差大等问题,在传统PID控制上引入柔性神经网络和模糊控制,建立了一种柔性神经网络模糊PID控制算法。基于该算法设计了...
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题背景与意义
1.2 高速电机的研究现状与趋势
1.2.1 国外的研究现状
1.2.2 国内的研究现状
1.3 永磁同步电机控制策略研究现状及发展趋势
1.4 本文研究内容安排
2 基于有限元法的电机设计仿真
2.1 引言
2.2 有限元方法的基本原理及软件简介
2.2.1 有限元法简介
2.2.2 有限元法的求解步骤
2.2.3 有限元分析软件简介
2.3 电机电磁设计
2.3.1 电磁负荷与主要尺寸之间的关系
2.3.2 电磁负荷选取
2.3.3 主要尺寸比
2.3.4 高速电机电磁设计流程
2.4 定子设计
2.4.1 定子铁心材料的选择
2.4.2 电机气隙及长度选取
2.4.3 定子结构选取
2.4.4 定子绕组选取
2.5 转子设计
2.5.1 转子尺寸选取原理
2.5.2 转子类型的选择
2.5.3 电机磁极选取
2.5.4 永磁材料选取
2.6 电机方案与仿真
2.6.1 电机方案
2.6.2 电机模型建立
2.6.3 激励源添加
2.6.4 基于RMxprt仿真
2.6.5 基于Maxwell2D的仿真
2.7 本章小结
3 基于柔性神经网络模糊PID的永磁同步电机调速
3.1 引言
3.2 永磁同步电机数学模型
3.2.1 坐标变换理论
3.2.2 d-q坐标系永磁同步电机数学模型
3.3 永磁同步电机柔性神经网络模糊PID控制系统
3.3.1 柔性神经网络
3.3.2 模糊PID控制器设计
3.3.3 基于柔性神经网络模糊PID控制器设计
3.3.4 系统框图
3.4 仿真验证
3.4.1 仿真模型
3.4.2 仿真结果分析
3.5 本章小结
4 永磁同步电机的联合仿真与分析
4.1 引言
4.1.1 联合仿真的意义
4.1.2 软件介绍
4.2 联合仿真模型的建立
4.2.1 模型建立的准备工作
4.2.2 联合仿真数据链接
4.3 联合仿真结果分析
4.4 本章小结
5 总结与展望
5.1 主要完成的工作
5.2 后续研究与展望
参考文献
致谢
作者简介及读研期间主要科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]铜屏蔽层对高速永磁无刷直流电机转子涡流损耗和应力的影响分析[J]. 张忠明,邓智泉,孙权贵,许治宇,李克翔. 中国电机工程学报. 2018(08)
[2]高速永磁电机碳纤维护套转子综合特性研究[J]. 刘威,陈进华,崔志琴,张驰. 微特电机. 2017(12)
[3]基于神经网络柔性关节机械臂反演滑模控制[J]. 施琳琳,陈强. 控制工程. 2017(11)
[4]基于改进最大转矩电流比控制的电动汽车用内嵌式永磁同步电机驱动控制系统[J]. 张尚坤,颜建虎,杨凯. 电机与控制应用. 2017(11)
[5]高速大功率永磁同步电机转子涡流损耗分析[J]. 张德金,熊万里,吕浪,邓朝晖. 计算机仿真. 2017(01)
[6]基于Ansoft的大功率感应电动机的设计与分析[J]. 王晓迪,谢卫,沈业成,刘真. 上海大中型电机. 2016(04)
[7]多连杆柔性关节机器人的神经网络自适应反演控制[J]. 李成刚,崔文,尤晶晶,林家庆,谢志红. 上海交通大学学报. 2016(07)
[8]高速永磁电机流体场与温度场的计算分析[J]. 佟文明,程雪斌,舒圣浪. 电工电能新技术. 2016(05)
[9]基于自适应RBF模糊神经网络的旋转柔性铰接梁的振动控制[J]. 邱志成,许燕飞. 振动与冲击. 2016(07)
[10]高速电机发展与设计综述[J]. 张凤阁,杜光辉,王天煜,刘光伟. 电工技术学报. 2016(07)
博士论文
[1]高速永磁同步电机的损耗分析与温度场计算[D]. 江善林.哈尔滨工业大学 2010
[2]高速永磁电机转子综合设计方法及动力学特性的研究[D]. 王天煜.沈阳工业大学 2010
[3]高速永磁电机的机械和电磁特性研究[D]. 王继强.沈阳工业大学 2007
硕士论文
[1]飞轮储能用高速永磁同步电机的设计与分析[D]. 高义冬.江苏科技大学 2014
[2]丁坝冲刷坑的三维水流流态数值模拟[D]. 施如学.重庆交通大学 2014
[3]永磁无刷直流电机的设计与电磁分析[D]. 金鑫.南京理工大学 2013
[4]数字型比例阀控制系统研究[D]. 杨祥磊.长安大学 2012
[5]调速永磁同步电动机的设计与优化[D]. 殷进省.广东工业大学 2011
本文编号：3708595
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题背景与意义
1.2 高速电机的研究现状与趋势
1.2.1 国外的研究现状
1.2.2 国内的研究现状
1.3 永磁同步电机控制策略研究现状及发展趋势
1.4 本文研究内容安排
2 基于有限元法的电机设计仿真
2.1 引言
2.2 有限元方法的基本原理及软件简介
2.2.1 有限元法简介
2.2.2 有限元法的求解步骤
2.2.3 有限元分析软件简介
2.3 电机电磁设计
2.3.1 电磁负荷与主要尺寸之间的关系
2.3.2 电磁负荷选取
2.3.3 主要尺寸比
2.3.4 高速电机电磁设计流程
2.4 定子设计
2.4.1 定子铁心材料的选择
2.4.2 电机气隙及长度选取
2.4.3 定子结构选取
2.4.4 定子绕组选取
2.5 转子设计
2.5.1 转子尺寸选取原理
2.5.2 转子类型的选择
2.5.3 电机磁极选取
2.5.4 永磁材料选取
2.6 电机方案与仿真
2.6.1 电机方案
2.6.2 电机模型建立
2.6.3 激励源添加
2.6.4 基于RMxprt仿真
2.6.5 基于Maxwell2D的仿真
2.7 本章小结
3 基于柔性神经网络模糊PID的永磁同步电机调速
3.1 引言
3.2 永磁同步电机数学模型
3.2.1 坐标变换理论
3.2.2 d-q坐标系永磁同步电机数学模型
3.3 永磁同步电机柔性神经网络模糊PID控制系统
3.3.1 柔性神经网络
3.3.2 模糊PID控制器设计
3.3.3 基于柔性神经网络模糊PID控制器设计
3.3.4 系统框图
3.4 仿真验证
3.4.1 仿真模型
3.4.2 仿真结果分析
3.5 本章小结
4 永磁同步电机的联合仿真与分析
4.1 引言
4.1.1 联合仿真的意义
4.1.2 软件介绍
4.2 联合仿真模型的建立
4.2.1 模型建立的准备工作
4.2.2 联合仿真数据链接
4.3 联合仿真结果分析
4.4 本章小结
5 总结与展望
5.1 主要完成的工作
5.2 后续研究与展望
参考文献
致谢
作者简介及读研期间主要科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]铜屏蔽层对高速永磁无刷直流电机转子涡流损耗和应力的影响分析[J]. 张忠明,邓智泉,孙权贵,许治宇,李克翔. 中国电机工程学报. 2018(08)
[2]高速永磁电机碳纤维护套转子综合特性研究[J]. 刘威,陈进华,崔志琴,张驰. 微特电机. 2017(12)
[3]基于神经网络柔性关节机械臂反演滑模控制[J]. 施琳琳,陈强. 控制工程. 2017(11)
[4]基于改进最大转矩电流比控制的电动汽车用内嵌式永磁同步电机驱动控制系统[J]. 张尚坤,颜建虎,杨凯. 电机与控制应用. 2017(11)
[5]高速大功率永磁同步电机转子涡流损耗分析[J]. 张德金,熊万里,吕浪,邓朝晖. 计算机仿真. 2017(01)
[6]基于Ansoft的大功率感应电动机的设计与分析[J]. 王晓迪,谢卫,沈业成,刘真. 上海大中型电机. 2016(04)
[7]多连杆柔性关节机器人的神经网络自适应反演控制[J]. 李成刚,崔文,尤晶晶,林家庆,谢志红. 上海交通大学学报. 2016(07)
[8]高速永磁电机流体场与温度场的计算分析[J]. 佟文明,程雪斌,舒圣浪. 电工电能新技术. 2016(05)
[9]基于自适应RBF模糊神经网络的旋转柔性铰接梁的振动控制[J]. 邱志成,许燕飞. 振动与冲击. 2016(07)
[10]高速电机发展与设计综述[J]. 张凤阁,杜光辉,王天煜,刘光伟. 电工技术学报. 2016(07)
博士论文
[1]高速永磁同步电机的损耗分析与温度场计算[D]. 江善林.哈尔滨工业大学 2010
[2]高速永磁电机转子综合设计方法及动力学特性的研究[D]. 王天煜.沈阳工业大学 2010
[3]高速永磁电机的机械和电磁特性研究[D]. 王继强.沈阳工业大学 2007
硕士论文
[1]飞轮储能用高速永磁同步电机的设计与分析[D]. 高义冬.江苏科技大学 2014
[2]丁坝冲刷坑的三维水流流态数值模拟[D]. 施如学.重庆交通大学 2014
[3]永磁无刷直流电机的设计与电磁分析[D]. 金鑫.南京理工大学 2013
[4]数字型比例阀控制系统研究[D]. 杨祥磊.长安大学 2012
[5]调速永磁同步电动机的设计与优化[D]. 殷进省.广东工业大学 2011
本文编号：3708595
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