开关磁阻电机直接瞬时转矩控制系统研究

摘要

开关磁阻电机（简称SR电机）具有机械结构简单坚固、制造成本低、能够在较高温度和转速下运行的优异性能。但是，SR电机由于其固有的时变、非线性和强耦合特性，基于传统控制方法建立的驱动系统往往存在较大的转矩脉动，很难获得优异的性能，而这成为了限制SR电机在更多领域应用的重要因素。为了提高开关磁阻电机的运行性能，就必须对电机的转矩进行有效的控制。
　　为了提高SR电机调速系统运行性能，实现转矩脉动最小化，本文对 SR电机直接瞬时转矩控制策略展开研究，主要进行了直接瞬时转矩控制方案的设计、建模和仿真，并在此基础上提出一种改进型功率电路以实现进一步减小转矩脉动。本文的具体内容如下：
　　（1）介绍SR电机的基本结构和工作原理，推导了SR电机的数学模型，并利用线性模型分析了转矩脉动产生的原因、特点和影响。
　　（2）针对转矩脉动问题，本文采用瞬时转矩作为直接控制对象，研究了开关磁阻电机的直接瞬时转矩控制系统。以按课题要求所设计的开关磁阻电机参数为基础，利用Matlab仿真工具搭建了开关磁阻电机控制系统仿真模型，仿真结果实现了额定工作点下转矩脉动系数小于15％的技术指标，验证了控制策略的有效性，研究发现当电机处于低速或高速等工况，转矩脉动系数大于15%，转矩脉动抑制效果不理想，需要采取进一步的措施。
　　（3）本文从绕组直流母线电压对转矩影响角度出发，在传统不对称半桥电路前端级联一个 DC/DC变换电路，辅以实时适式的母线电压调节，实现了低速和高速下转矩脉动进一步优化，达到了基速以下运行区间转矩脉动系数小于15%的技术指标。
　　（4）基于以上控制方案，从硬件设计、软件设计和上位机设计三个角度给出开关磁阻电机驱动控制系统的实现过程。

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1 绪论

1.1 课题的研究背景

1.2 开关磁阻电机控制策略研究现状

1.3 本文的主要内容

2 开关磁阻电机的基本原理和转矩特性

2.1 开关磁阻电机基本结构和工作原理

2.2 开关磁阻电机驱动系统结构

2.3 开关磁阻电机的数学模型和运行特性

2.4 开关磁阻电机的转矩脉动

2.5 本章小结

3 开关磁阻电机的直接瞬时转矩控制

3.1 直接瞬时转矩控制的原理

3.2 开关磁阻电机DITC控制系统建模

3.3 仿真分析

3.4 本章总结

4 改进型功率电路在DITC中的应用

4.1基本概念分析

4.2改进型功率电路

4.3 仿真验证

4.4 本章小结

5 控制系统软硬件及上位机设计

5.1 控制系统硬件设计

5.2 控制系统软件设计

5.3 控制系统上位机设计

5.4 本章小结

6 总结和展望

6.1 全文总结

6.2 课题展望

致谢

参考文献