摘要
永磁电机普遍具有功率密度大和效率高的优点，而永磁磁通切换电机作为一种定子励磁永磁电机，具有散热条件好、转子简单坚固、适合高速运行等特殊优势，因此非常适合应用于航空航天等对重量和可靠性要求较高的场合。随着交流调速控制算法的日益成熟，永磁同步电机的控制精度不断提高。除了高控制精度之外，伺服驱动等高性能场合也提出了快动态响应和强抗扰动能力的要求，而传统矢量控制的转速动态性能却会受到转速PI控制器的限制，不能兼顾快速性和超调。因此，本文提出基于转矩冲量平衡的矢量控制策略，在保留矢量控制优秀稳态性能的同时，提高调速系统的动态性能和抗负载扰动能力。 首先，介绍了永磁磁通切换电机拓扑结构和运行原理，基于电磁特性建立了永磁磁通切换电机的数学模型。研究了两种传统控制策略的控制原理，并比较了稳态性能和动态性能。通过对传统算法进行时域分析，推导出负载突变状态下的系统传递函数，进而分析了转速PI参数对零极点分布和转速动态性能的影响。 其次，参考电容电荷平衡控制的思路，推导出负载突变时转速的最优动态响应轨迹并探究实现该最优轨迹需满足的条件。基于永磁磁通切换电机的数学模型和转矩冲量平衡原理，推导出可以精确计算切换时间的转矩冲量平衡表达式。进而提出了基于转矩冲量平衡的矢量控制，在动态过程中突破了PI控制器的限制，在任意负载突变下都能实现最优的动态响应，提高了转速的动态性能和系统的抗负载扰动能力。相较于全桥逆变器，H桥逆变器所能提供的电压矢量更长，实现转矩冲量平衡控制后，转速的动态恢复时间更短。 再次，对现有的优化调速系统动态性能的算法进行分析，依次介绍了各个优化算法的优化原理和实现方式，并将转矩冲量平衡控制与此类算法在优化动态性能方面进行了比较。将转矩冲量平衡控制进行推广，提出了基于转矩冲量平衡的电流PR型矢量控制和直接转矩线性控制，实现了最优的动态响应。 最后，搭建了永磁磁通切换电机实验平台，并实现了传统算法和多种优化算法。传统控制的实验结果验证了PI参数对动态性能的影响，转矩冲量平衡控制的实验结果验证了其动态性能优于传统算法。比较多种优化算法的实验结果，验证了理论分析的正确性。
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