双凸极电机线性化多域建模理论及其驱动技术的研究

作     者：胡吟风 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：肖岚

授予年度：2021年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：双凸极电机 非线性 多域分析 线性化建模 驱动优化 

摘      要：双凸极电机作为一种新型非正弦电机,其在全电/多电飞机上的应用前景已被较多专家学者所认同。其双凸极的转子结构坚固、简单,可应用于高压直流体制,发电运行仅需桥式二极管整流。电励磁方式在故障情况下灭磁方便,转动惯量小,转矩密度高,这些优点决定了双凸极电机适合应用于高速航空场合。然而,上述优势并不是没有代价的。双凸极结构同时也带来了显著的非线性。双凸极电机现有建模、控制及优化理论常常为非线性的,因此在建模理论上存在模型复杂、智能算法建模普适性差、大量依赖先验数据等问题,在控制及优化理论上存在准确定量程度不够、方波型电流驱动波形还可优化、转矩特性需要综合优化等问题。这阻碍了双凸极电机的进一步发展。基于上述非线性问题,本文提出了多域分析理论,即在不同计算域中利用各自计算域优点,对双凸极电机进行多域分析线性化建模。为推导双凸极电机平均转矩表达式,在时域中对电枢励磁间互感和电枢电流进行傅里叶分解并平均,最终得到了时域平均转矩模型。在复频域中提出了瞬时转矩模型,在使用复数运算的情况下,给出了谐波转矩的线性表达方式。并以主要次谐波转矩,即三次谐波转矩为对象,在复频域中建立了三次谐波转矩计算模型。在多域分析建模理论的基础上,提出了方波驱动提前角控制下的准确定量参数整定方法:n次同步参考矢量自适应控制方法。提出了多重正弦电流叠加型驱动方法,与提前角控制下的方波驱动电流相比,优化了转矩脉动率和转矩电流比这两个转矩特性。为解决多重正弦叠加驱动上下管开关频率不均衡问题,提出了频率均衡优化算法。为提高多重正弦叠加驱动在低电压转速比下的性能,提出了多重正弦叠加驱动提前角优化方法。提出了转矩特性综合优化模型,并通过数值法求解了转矩电流比牺牲最小而转矩脉动率抑制最大的转矩特性综合优化控制曲线,从而实现了上述两个转矩特性的综合优化。最后,通过相关仿真和实验验证了本文所提建模方法和驱动方法的正确性、有效性。