開關磁阻電機的控制系統(tǒng)研究

【摘要】以三相6/4極開關磁阻電機為研究對象，圍繞開關磁阻電機的控制展開了深入地研究，基于電磁學基本理論推導了開關磁阻電機基本方程組，構建了三相6/4極開關磁阻電機的線性及非線性仿真系統(tǒng)，針對所研究的數(shù)學模型和控制策略進行仿真分析。

【關鍵詞】開關磁阻電機；轉矩脈動；雙閉環(huán)控制

0.引言

開關磁阻電機驅動 （Switched Reluctance Motor Drive，簡稱SRD） 系統(tǒng)是一種新型的開關磁阻電機調速系統(tǒng)，主要由開關磁阻電機、功率變換器、控制器和檢測器等幾部分組成。開關磁阻電機驅動系統(tǒng)兼有交流調速系統(tǒng)和直流調速系統(tǒng)的優(yōu)點，結構簡單、堅固耐用、可控參數(shù)多、控制方式靈活、可得到多種機械特性，在寬廣的調速范圍內均具有很高的效率，因此在工業(yè)電氣傳動、自動化控制和航空航天等領域均有著十分廣闊的應用前景[1]。

1.開關磁阻電機控制系統(tǒng)的結構

開關磁阻電機驅動系統(tǒng)主要由開關磁阻電機、功率變換器、控制器和檢測器等幾部分組成。開關磁阻電機是SRD系統(tǒng)中實現(xiàn)機電能量轉換的部件；功率變換器的作用是將電源提供的電能經(jīng)適當轉換后提供給開關磁阻電機?？刂破鲃t是SRD系統(tǒng)的中樞，它綜合處理速度指令、速度反饋信號以及電流傳感器、位置傳感器的反饋信息，控制功率變換器中主開關器件的工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)對電機運行狀態(tài)的控制，使之滿足預定的運行要求；檢測器包括電流檢測和位置檢測兩部分，其中電流檢測用以實現(xiàn)系統(tǒng)的電流反饋，位置檢測則是通過檢測定、轉子的相對位置，來確定對相應繞組的換相操作和計算轉速[2]。

開關磁阻電機（SRM）是雙凸極可變磁阻電機，由于具有雙凸極結構，SRM定子和轉子的極數(shù)有許多種組合，為了避免單邊磁拉力，徑向必須對稱，所以雙凸極的定子和轉子齒槽數(shù)Ns和Nr應為偶數(shù)。除單相電機外，應使定子極（齒槽）數(shù)Ns與轉子極（齒槽）數(shù)Nr不相等，但是Ns與Nr要盡量接近。因為當定子和轉子齒槽數(shù)相近時，就可能加大定子相繞組電感隨轉角的平均變化率，這是提高電機出力的重要因素，再考慮結構設計的合理性，最常見的是轉子的極數(shù)比定子少2個。目前應用較為廣泛的是三相6/4極結構和四相8/6極結構，這兩種結構的SRM電機具有自起動、四象限運行、性能優(yōu)良、堅固耐用、造價低廉的優(yōu)點。

2.開關磁阻電機基本方程

3.開關磁阻電機控制系統(tǒng)仿真分析

SRM控制系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制方案，其中電流環(huán)由角度位置控制器與電流斬波控制器構成；轉速閉環(huán)由PI 調節(jié)器構成。根據(jù)模塊化仿真的思想，將控制系統(tǒng)分割為幾個功能獨立的主要模塊：SRM本體模塊、電流控制器模塊、速度控制器模塊、位置傳感器模塊、參數(shù)計算模塊和功率模塊。通過這些功能模塊的有機整合，可在Matlab的Simulink中構建出SRM控制系統(tǒng)的仿真模型，并實現(xiàn)雙閉環(huán)的控制算法。

動態(tài)響應特性實驗：

3.1轉速突變實驗

3.2負載突變實驗

4.結論

綜合開關磁阻電機的角度位置控制與斬波電流控制的控制方法，根據(jù)傳統(tǒng)PI經(jīng)典控制理論，設計了SRM包含電流閉環(huán)和轉速閉環(huán)的雙閉環(huán)控制器；利用Matlab/Simulink仿真工具，建立6/4開關磁阻電機的仿真系統(tǒng)，并就仿真結果做了分，驗證所提出控制理論和控制策略的正確性和有效性。 [科]

【參考文獻】

［１］吳建華.開關磁阻電機設計與應用[M].機械工業(yè)出版社，2000.

［２］J.hzk，M.H.Nagrial，A.Hellany. Design and Performance of Switched Reluctance Motors[J].Power Electronics and Motion Control Conference，2004 The 4th International Volume 1，2004.