基于转矩补偿的开关磁阻电机转矩脉动抑制方法

摘要

开关磁阻电机（Switched ReluctanceMotor,SRM）调速系统作为一种新型的机电一体化调速系统，系统融合了开关磁阻电机与现代电力电子技术，以及微机控制技术。开关磁阻电机简单而坚固的结构、良好的性能、可靠性好、效率高、成本低等特点，在工业和研究领域有着很大的吸引力。由于自身双凸极型结构导致转矩脉动大，在一定程度上阻碍其广泛应用。
　　传统转矩分配函数（Torque Sharing Function,TSF）在高速下由于换向时间短，实际电流无法跟踪给定电流，导致实际转矩不能跟踪给定转矩，产生转矩脉动。高速时脉动主要发生在三个阶段：换向前期，开通相电流上升缓慢，转矩输出不足；换向后期，由于电流下降缓慢，输出转矩偏高；换相后，在负转矩区续流电流仍然没有衰减至零，产生制动转矩，造成转矩脉动。
　　论文提出了一种基于转矩补偿的TSF新方法，该方法针对脉动产生的三个阶段分别进行补偿，换向前期，电流下降跟踪能力强，通过控制电流下降速度来补偿转矩不足；换向后期，上升电流跟踪能力强，通过控制上升电流补偿多余转矩；换向后的续流电流产生的制动转矩，通过增大上升电流加以补偿，通过上述补偿方法使合成转矩保持恒定，实现平稳换向，抑制转矩脉动。论文搭建了基于Mablab/Simulink的开关磁阻电机仿真模型并进行了仿真，仿真结果表明，该方法有效地抑制了开关磁阻电机转矩脉动。
　　为获取实际转矩，设计了一种开关磁阻电机转矩观测器，基于电机转矩、电流和转子位置的非线性关系，论文采用二次曲线拟合的方法，得到电机额定电流下转矩-电流-角度的一条特性曲线（TTBL曲线），并以该曲线为参考，推导出任意电流下的TTBL曲线族，实现实时转矩估算。Matlab分析结果表明，该转矩观测器具有一定的转矩估算精度。
　　最后，论文以一台15kW三相6/4极开关磁阻电机为样机，在基于TMS320F28335的开关磁阻电机试验平台上完成了算法的编写并进行了实验，验证了所提方法的正确性和可行性。

目录

声明

第1章 绪 论

1 .1 选题背景和意义

1 .2 开关磁阻电机调速系统的特点

1 .3 开关磁阻电机转矩脉动产生机理

1 .4开关磁阻电机转矩观测器简介

1 .5 本文主要研究内容

第2章 开关磁阻电机的运行原理及数学模型

2 .1 开关磁阻电机运行原理分析

2 .2 开关磁阻电机的数学模型

2 .3 开关磁阻电机的基本控制策略

2 .4 本章小结

第3章 基于转矩误差反馈补偿的TSF控制策略

3.1 TSF基本原理

3.2 高速时 TSF转矩脉动分析

3 .3 高速时转矩误差补偿方法

3 .4 基于二次拟合的转矩观测器建模与分析

3 .5 本章小结

第4章 基于优化TS F的SR M系统仿真

4 .1 开关磁阻本体模型

4 .2 开关磁阻电机仿真模块介绍

4 .3 开关磁阻电机控制系统仿真

4 .4 本章小节

第5章 基于DSP平台的SRM调速系统的软硬件设计

5 .1 开关磁阻电机控制系统的硬件设计

5 .2 开关磁阻电机控制软件及主要控制模块

5 .3 实验结果与分析

5 .4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢