開關磁阻電機全工況運行及其控制研究.pdf

1、開關磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)（Switched Reluctance Machine Drives，以下簡稱SRD）結構簡單、成本低廉、在寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)均具有較高效率；而且，由于開關磁阻電機（Switched Reluctance Machines，以下簡稱SR電機）轉子上沒有繞組，電機容易冷卻，所以，SR電機可以應用于比較高溫和惡劣的場合。 SRD具有較好的四象限運行能力，然而目前對SR電機電動運行研究較多，較少關注SR電機發(fā)電運

2、行，尤其是發(fā)電控制系統(tǒng)及性能優(yōu)化方面的研究不多。本文以SRD的SR電機及其控制系統(tǒng)為研究對象，對SR電機全工況運行進行研究。本文主要研究內(nèi)容如下： 首先，對SR電機全工況運行基本理論進行了線性和非線性分析，給出了電感、電流、轉矩、磁鏈等參數(shù)的統(tǒng)一解析表達式，深入分析了SR電機全工況運行機電能量轉換過程。 其次，建立了模塊化、功能化的SR電機全工況驅(qū)動系統(tǒng)通用模型。由于SR電機磁路存在著嚴重的非線性，因此其電機模型及其驅(qū)動

3、系統(tǒng)的性能分析與傳統(tǒng)電機差異較大。本文利用傅立葉級數(shù)表達式，采用一種簡化磁鏈的方法，得到了SR電機非線性模型，并將其推廣到發(fā)電運行模式，結合控制系統(tǒng)，給出了一種新型的SR電機全工況驅(qū)動系統(tǒng)通用模型，為理論分析和實驗研究提供了仿真平臺。 第三，研究了離散滑模變結構控制及其改進算法在開關磁阻電動機（Switched Reluctance Motors，以下簡稱SRM）中的應用。本文對滑?？刂圃赟RD中的應用做進一步研究，提出了速度環(huán)

4、離散滑模-PI復合控制，電流環(huán)混合PI控制的綜合控制算法，在良好統(tǒng)動態(tài)響應的基礎上，有效地減小了滑?？刂圃诜€(wěn)態(tài)點附近的“抖振”，使系統(tǒng)動靜態(tài)性能得到了改善。 第四，對SR電機發(fā)電運行進行了理論分析和實驗研究。通過調(diào)節(jié)開通角和關斷角的位置，SR電機可以工作在電動和發(fā)電工況。圍繞著SR電機發(fā)電運行這一領域的應用，對開關磁阻發(fā)電機（Switched Reluctance Generators，以下簡稱SRG）發(fā)電原理、建模與仿真、控制

5、策略、運行特性以及實驗系統(tǒng)的開發(fā)與設計展開了進一步的研究。 第五，研究了SRG電壓閉環(huán)系統(tǒng)模糊自整定PI控制。將模糊自整定PI控制應用到SRG控制中，能很好的解決PI參數(shù)整定困難的問題。外環(huán)為電壓閉環(huán)，采用模糊自整定PI控制，內(nèi)環(huán)為電流閉環(huán)，考慮到電機飽和對控制性能的影響，對電流PI調(diào)節(jié)器進行了改進設計，實驗結果表明系統(tǒng)獲得了良好的動靜態(tài)響應。 第六，研究了電流控制下SR電機角度優(yōu)化問題。為了提高系統(tǒng)的效率及減小轉矩脈動

6、，本文以磁鏈特性為出發(fā)點，通過在線計算優(yōu)化開通關斷角，設計了優(yōu)化控制器，取得了良好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。 第七，結合風力機特性對SRG最大風能捕獲進行了實驗研究。分析了SRG適用于風力發(fā)電的特點，提出了SRG風能最大捕獲策略，設計了SRG風力發(fā)電實驗系統(tǒng)，在實驗室實現(xiàn)了風能最大捕獲控制。 最后，通過實驗驗證了SR電機全工況運行的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。研制了基于DSP和CPLD數(shù)字化電機控制實驗臺，編制了SR電機全工況運行控制程序，