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叉车用直流电机高效驱动系统及传导干扰的分析与抑制

作　者: 刘金凤
导　师: 王旭东
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 同步续流传导电磁干扰蚁群算法有源EMI滤波器
分类号: TM33
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

电动叉车作为物流机械的重要工具,正在逐步地取代传统的汽油式和柴油式叉车,近几年来随着新能源汽车的快速发展,进一步促进了电动叉车行业的发展,与此同时,人们对叉车用电机驱动控制系统的性能和效率提出了更高的要求,目前这种高性能的电机驱动控制系统主要依赖进口,针对这一现状,研发高效率、低电磁干扰的叉车用直流电机驱动控制系统具有重要意义。本文在设计高效驱动控制器的同时深入分析驱动控制系统的电磁干扰源和传播路径机理,并在此基础上建立了高频干扰模型,提出了一种前馈型有源电磁干扰(EMI)滤波器,并对高频模型和滤波器的结构、参数、性能等进行了详尽和系统的分析。电动叉车用电机驱动控制系统的效率不仅关系到节能减排,而且它还直接影响到叉车的有效作业时间和电池的使用寿命。为提高叉车用电机驱动控制系统的效率,本文从两个方面来降低功耗,一方面在叉车用他励直流电机驱动控制器中采用同步续流技术来有效降低功耗;另一方面,针对电机工作在起动、制动、堵转等特殊工况下回路电流过大引起的功耗问题,提出了蚁群神经网络整定PID的控制策略。采用蚁群神经网络整定PID的控制策略不仅可以降低功耗而且还可以解决系统由于参数摄动、非线性和外界扰动对系统控制性能的影响,实现叉车快速起动、平稳运行的目的。电机驱动控制系统的电磁兼容性直接影响到整车的可靠性。本文针对直流电机驱动控制系统的传导电磁干扰问题,首先建立了直流电机驱动控制系统的高频传导干扰模型,然后基于模型提出了有效的抑制措施。目前电机驱动控制系统传导干扰模型的参数大多是根据经验估算得到,不能作为电机驱动系统传导干扰整个频段的模型参数来分析。为准确建立系统高频干扰模型,本文提出了蚁群算法进行电路模型参数自动寻优的方案,建立电机侧和驱动控制器侧的高频电磁干扰模型,利用PSPICE电路仿真软件进行频谱分析,并与线性阻抗稳定网络的共模传导干扰的分析结果进行对比,优化系统整体模型,最后根据模型提出了采用前馈型有源EMI滤波器来抑制他励直流电机驱动控制系统的共模传导电磁干扰。本文针对叉车用直流电机驱动控制系统的性能和共模传导电磁干扰做了大量的实验研究,实验结果表明该驱动控制系统可以有效降低功耗,提高效率;设计的EMI滤波电路,结构简单,同时不需要额外的供电电源,可以有效抑制系统的共模电磁干扰,完全满足国际电磁干扰的B类标准。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-15
第1章绪论  15-24
  1.1 课题研究背景和意义  15-17
  1.2 国内外研究现状与存在问题  17-22
    1.2.1 驱动控制系统功能现状  17-19
    1.2.2 驱动控制系统的高频传导电磁干扰研究现状  19-22
  1.3 本文研究的主要内容  22-24
第2章高效直流电机驱动控制系统的设计  24-44
  2.1 电动叉车用直流电机的选取及特性分析  24-26
  2.2 电子控制单元设计  26-28
  2.3 高效驱动电路模块设计与验证  28-43
    2.3.1 同步续流驱动电路设计  28-33
    2.3.2 同步续流特性分析与实验验证  33-43
  2.4 本章小结  43-44
第3章驱动控制系统神经网络整定PID 设计  44-58
  3.1 蚁群算法原理与参数选择  44-47
    3.1.1 蚁群算法的基本原理  45-46
    3.1.2 蚁群算法的参数选择  46-47
  3.2 基于蚁群神经网络的PID 控制器  47-51
    3.2.1 BP 神经网络的建立  47-48
    3.2.2 整定PID 参数的神经网络控制算法  48-49
    3.2.3 蚁群算法对BP 神经网络的训练  49-51
  3.3 直流电机驱动控制系统仿真与实验研究  51-57
    3.3.1 驱动控制系统仿真模型  51-54
    3.3.2 实验研究与性能比较  54-57
  3.4 本章小结  57-58
第4章驱动控制系统传导电磁干扰的分析与仿真  58-81
  4.1 驱动控制系统传导EMI 分析  58-59
  4.2 电机侧共模传导EMI 分析与仿真  59-73
    4.2.1 他励直流电机绕组EMC 模型的建立  61-68
    4.2.2 他励直流电机干扰源分析与仿真  68-71
    4.2.3 PSPICE 频谱分析  71-73
  4.3 驱动控制器侧共模传导EMI 分析与仿真  73-79
    4.3.1 驱动控制器侧等效电路模型  73-75
    4.3.2 PWM 驱动控制系统共模干扰电压源分析  75-76
    4.3.3 驱动控制器等效电路参数的确定  76-78
    4.3.4 驱动控制器侧共模传导干扰仿真  78-79
  4.4 本章小结  79-81
第5章驱动控制器共模传导电磁干扰的抑制  81-98
  5.1 驱动控制器侧干扰的抑制  81-85
    5.1.1 缓冲抑制方案的确定  81-84
    5.1.2 缓冲抑制方案的仿真分析  84-85
  5.2 电机侧共模传导干扰的抑制  85-97
    5.2.1 EMI 滤波器方案的确定  86-96
    5.2.2 EMI 滤波器的仿真分析  96-97
  5.3 本章小结  97-98
第6章实验研究与结果分析  98-106
  6.1 实验平台的构建  98-99
  6.2 实验结果分析  99-105
    6.2.1 引入滤波器的效率测试  99-100
    6.2.2 共模传导干扰的测试  100-105
  6.3 本章小结  105-106
结论  106-108
参考文献  108-119
攻读学位期间发表的论文  119-121
攻读学位期间申请专利情况  121-122
致谢  122

叉车用直流电机高效驱动系统及传导干扰的分析与抑制

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