12-8極開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)研究.pdf

1、開關(guān)磁阻電機(jī)(SRM)自問世以來，因其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高和控制靈活等特點(diǎn)而備受關(guān)注，但由于其自身的雙凸極結(jié)構(gòu)和步進(jìn)式運(yùn)行原理，導(dǎo)致這種電機(jī)具有較強(qiáng)的非線性特性。在傳統(tǒng)控制策略下，開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(SRD)具有較強(qiáng)的轉(zhuǎn)矩脈動和振動噪聲，這也成為限制其發(fā)展的主要因素。建立電機(jī)本體的數(shù)學(xué)模型是研究開關(guān)磁阻電機(jī)控制策略的前提，但因?yàn)殚_關(guān)磁阻電機(jī)的嚴(yán)重非線性特性，往往使得其精確的數(shù)學(xué)模型很難建立。因此，針對開關(guān)磁阻電機(jī)本體的精確建模和高性能控

2、制策略研究成為促進(jìn)開關(guān)磁阻電機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵。
　　本文分別對傳統(tǒng)函數(shù)解析法和二維查表法進(jìn)行改進(jìn)，在Matlab環(huán)境下建立了兩種開關(guān)磁阻電機(jī)本體仿真模型。其中，函數(shù)解析法主要是在傅立葉分解基礎(chǔ)上，利用分段式高次多項(xiàng)式對磁鏈數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值擬合，得到磁鏈的二元函數(shù)表達(dá)式，進(jìn)一步得到電流和轉(zhuǎn)矩表達(dá)式;而二維查表法則是利用Matlab自帶的查表模塊，通過直接對電流和轉(zhuǎn)矩離散數(shù)據(jù)進(jìn)行查表來建立仿真模型，其中電流離散數(shù)據(jù)是通過對磁鏈數(shù)據(jù)進(jìn)行反向插值

3、得到的。仿真模型中的離散數(shù)據(jù)都是通過有限元分析得到的?；诮嵌任恢每刂品绞?，對所建電機(jī)模型進(jìn)行了仿真分析，將電流仿真波形與實(shí)驗(yàn)波形進(jìn)行對比，驗(yàn)證了電機(jī)本體仿真模型的正確性。通過對兩種建模方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對比分析，本文選擇基于查表法的仿真模型進(jìn)行控制策略的研究。
　　為減小轉(zhuǎn)矩脈動和振動噪聲，并提高控制系統(tǒng)穩(wěn)定性，本文在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制和轉(zhuǎn)矩分配(TSF)控制的基礎(chǔ)上，提出了PI參數(shù)自適應(yīng)控制和改進(jìn)型轉(zhuǎn)矩分配控制策略。針對開關(guān)

4、磁阻電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)、改進(jìn)型轉(zhuǎn)矩分配(TSF)控制和PI參數(shù)自適應(yīng)控制進(jìn)行仿真分析及比較。結(jié)果表明直接轉(zhuǎn)矩控制和轉(zhuǎn)矩分配控制能有效減小轉(zhuǎn)矩脈動，但直接轉(zhuǎn)矩控制易出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩失控現(xiàn)象，運(yùn)行穩(wěn)定性較差，且直接轉(zhuǎn)矩控制和轉(zhuǎn)矩分配控制都用到了查表方法，這使得通過計(jì)算來對調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行整定變得困難，因此這兩種方法不適于工程應(yīng)用;而提出的PI參數(shù)自適應(yīng)控制以脈寬調(diào)壓控制為基礎(chǔ)，參考直流電機(jī)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制理論，建立了開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)速電流雙

5、閉環(huán)控制系統(tǒng)，其PI調(diào)節(jié)器參數(shù)隨轉(zhuǎn)子位置角的改變而自適應(yīng)調(diào)節(jié)，且參數(shù)整定計(jì)算簡便。利用數(shù)值擬合方法建立調(diào)節(jié)器參數(shù)變化關(guān)系式，避免了查表運(yùn)算。仿真結(jié)果表明該控制策略在一定程度上降低了轉(zhuǎn)矩脈動，且提高了控制系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。本文選擇對PI參數(shù)自適應(yīng)控制進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。
　　最后，基于DSP搭建了開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的硬件實(shí)驗(yàn)平臺，采用PI參數(shù)自適應(yīng)控制策略，進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究，仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性進(jìn)一步證明了所提控制策略在轉(zhuǎn)