SRM控制系统混合仿真技术的研究

摘要

开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，简称SRM）控制系统，是融合控制策略、电机本体结构、电力电子装置等于一身的机电一体化系统，具有结构简单、成本低，启动性能好，可靠性高等优点，已在在工业、航空、家电等领域得到了广泛的推广和应用。
　　现有对SRM电机的研究大多集中在控制算法和电机本体设计，然而，SRM的运行依赖于电机和控制器紧密结合的一体化驱动系统。所以单独对电机的磁场进行分析或者对电机算法进行研究，无法真实反映电机的实际特征和控制性能。针对这一问题，本文提出建立电机磁场、功率驱动电路以及电机控制算法的混合仿真系统，为电机控制性能的研究和电机设计提供一个基础的模拟平台。
　　首先，建立SRM控制系统在Matlab环境下的数学模型，并通过对电机单相和两相激磁的控制方法进行的起动运行进行了仿真验证，证明了模型的正确性。建立了在Ansoft下的开关磁阻电机有限元分析模型，利用系统自带的Maxwell Circuit Editor软件搭建了理想化的驱动电路，模拟单相和两相激磁的控制方法，并对其进行了内部磁场的分析，通过对磁链波形、气隙磁密分布等的分析，研究了电机不同激磁方式下的磁场情况以及各种损耗分析。
　　其次，针对Matlab环境下功率器件的数学模型理想化的问题，建立了基于Simplorer与 Matlab/Simulink混合仿真的模型，在考虑电力电子器件的开关特性基础上，进行了电机控制算法的仿真研究。针对Ansoft下电机本体模型准确但是驱动控制电路理想化的特点，建立了Simplorer与Ansoft的混合仿真模型，并对系统进行了验证。
　　最后，以 Simplorer为连接的桥梁，在上述两种混合仿真模型的基础上，搭建了在Ansoft/Maxwell2D、Simplorer、Matlab/Simulink三个环境下SRM机电一体化控制系统的混合仿真系统。结果表明，该混合仿真，能真实、便捷的建立高饱和非线性的SRM本体模型，并对电机内部电磁场的变化进行有限元分析；能模拟系统中功率变换器开关器件的开关特性；能直观、方便的呈现SRM的控制器特性。

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第一章 绪论

1.1 开关磁阻电机及控制系统发展概况

1.2 SRM调速系统的结构组成及特点

1.3 SRM机电一体化控制系统的研究

1.4 本文研究的内容及意义

第二章 SRM控制系统在Matlab环境下的研究

2.1 SRM控制系统数学模型

2.2 SRM的工作原理

2.3 SRM系统的控制策略

2.4 Matlab环境下SRM的系统仿真

2.4 结论

第三章 SRM控制系统在Ansoft环境下的研究

3.1 Ansoft/Maxwell2D电磁场有限元理论

3.2 SRM的有限元数值解法

3.3 Ansoft环境下SRM的系统仿真

3.4 结论

第四章 SRM控制系统在混合仿真环境下的研究

4.1 混合仿真的特点

4.2 SRM控制系统基于Simplorer与Matlab/Simulink联合仿真平台的研究

4.3 SRM控制系统基于Maxwell与Simplorer联合仿真平台的研究

4.4 SRM控制系统基于Maxwell、Simplorer、Matlab联合仿真平台的研究

4.5 结论

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果