開關(guān)磁阻電機(jī)的控制系統(tǒng)研究

【摘要】以三相6/4極開關(guān)磁阻電機(jī)為研究對(duì)象，圍繞開關(guān)磁阻電機(jī)的控制展開了深入地研究，基于電磁學(xué)基本理論推導(dǎo)了開關(guān)磁阻電機(jī)基本方程組，構(gòu)建了三相6/4極開關(guān)磁阻電機(jī)的線性及非線性仿真系統(tǒng)，針對(duì)所研究的數(shù)學(xué)模型和控制策略進(jìn)行仿真分析。

【關(guān)鍵詞】開關(guān)磁阻電機(jī)；轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；雙閉環(huán)控制

0.引言

開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng) （Switched Reluctance Motor Drive，簡(jiǎn)稱SRD） 系統(tǒng)是一種新型的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，主要由開關(guān)磁阻電機(jī)、功率變換器、控制器和檢測(cè)器等幾部分組成。開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)兼有交流調(diào)速系統(tǒng)和直流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、可控參數(shù)多、控制方式靈活、可得到多種機(jī)械特性，在寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)均具有很高的效率，因此在工業(yè)電氣傳動(dòng)、自動(dòng)化控制和航空航天等領(lǐng)域均有著十分廣闊的應(yīng)用前景[1]。

1.開關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由開關(guān)磁阻電機(jī)、功率變換器、控制器和檢測(cè)器等幾部分組成。開關(guān)磁阻電機(jī)是SRD系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)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(dāng)轉(zhuǎn)換后提供給開關(guān)磁阻電機(jī)。控制器則是SRD系統(tǒng)的中樞，它綜合處理速度指令、速度反饋信號(hào)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(guān)器件的工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的控制，使之滿足預(yù)定的運(yùn)行要求；檢測(cè)器包括電流檢測(cè)和位置檢測(cè)兩部分，其中電流檢測(cè)用以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的電流反饋，位置檢測(cè)則是通過檢測(cè)定、轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置，來確定對(duì)相應(yīng)繞組的換相操作和計(jì)算轉(zhuǎn)速[2]。

開關(guān)磁阻電機(jī)（SRM）是雙凸極可變磁阻電機(jī)，由于具有雙凸極結(jié)構(gòu)，SRM定子和轉(zhuǎn)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(duì)稱，所以雙凸極的定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)Ns和Nr應(yīng)為偶數(shù)。除單相電機(jī)外，應(yīng)使定子極（齒槽）數(shù)Ns與轉(zhuǎn)子極（齒槽）數(shù)Nr不相等，但是Ns與Nr要盡量接近。因?yàn)楫?dāng)定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)相近時(shí)，就可能加大定子相繞組電感隨轉(zhuǎn)角的平均變化率，這是提高電機(jī)出力的重要因素，再考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，最常見的是轉(zhuǎn)子的極數(shù)比定子少2個(gè)。目前應(yīng)用較為廣泛的是三相6/4極結(jié)構(gòu)和四相8/6極結(jié)構(gòu)，這兩種結(jié)構(gòu)的SRM電機(jī)具有自起動(dòng)、四象限運(yùn)行、性能優(yōu)良、堅(jiān)固耐用、造價(jià)低廉的優(yōu)點(diǎn)。

2.開關(guān)磁阻電機(jī)基本方程

3.開關(guān)磁阻電機(jī)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(gòu)成；轉(zhuǎn)速閉環(huán)由PI 調(diào)節(jié)器構(gòu)成。根據(jù)模塊化仿真的思想，將控制系統(tǒng)分割為幾個(gè)功能獨(dú)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(jì)算模塊和功率模塊。通過這些功能模塊的有機(jī)整合，可在Matlab的Simulink中構(gòu)建出SRM控制系統(tǒng)的仿真模型，并實(shí)現(xiàn)雙閉環(huán)的控制算法。

動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性實(shí)驗(yàn)：

3.1轉(zhuǎn)速突變實(shí)驗(yàn)

3.2負(fù)載突變實(shí)驗(yàn)

4.結(jié)論

綜合開關(guān)磁阻電機(jī)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(shè)計(jì)了SRM包含電流閉環(huán)和轉(zhuǎn)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(guān)磁阻電機(jī)的仿真系統(tǒng)，并就仿真結(jié)果做了分，驗(yàn)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(xiàn)】

［１］吳建華.開關(guān)磁阻電機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].機(jī)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.