开关磁阻电机直接瞬时转矩控制系统的研究与实现

摘要

开关磁阻电机(Switched Relutance Motor, SRM)定转子结构简单、各相绕组之间相互独立工作，具有启动转矩大、启动电流小、工作适应能力强、以及损耗小等优点，近些年来受到了广泛关注。但是由于其定转子双凸极结构和脉冲式供电特性，使得开关磁阻电机在运行过程中会产生较大的转矩脉动。此外在某些工业领域，在有效降低转矩脉动的同时，对系统运行效率也有较高的需求。为减小转矩脉动，同时提高系统的运行效率，本文对开关磁阻电机直接瞬时转矩控制系统进行了研究与实现。
　　本研究首先对开关磁阻电机的结构及运行原理进行了分析，并对开关磁阻电机的数学模型及三种基本控制方式做出了介绍。在此基础上，对开关磁阻电机的直接瞬时转矩控制方法进行了研究，为提高系统运行效率，本文设计了基于转矩分配函数(Torque Sharing Function，TSF)的直接瞬时转矩控制方法。随后为进一步优化系统效率，改进了传统预设TSF的方法，采用非固定形状TSF，设计基于非固定形状TSF的直接瞬时转矩控制方法。其次，采用实验测量法对实验所用三相12/8极开关磁阻电机进行了磁链特性检测实验，根据测量样机得到的磁链、转矩特性曲线数据，对样机进行了非线性建模。随后，根据样机实验数据，在Matlab/Simulink中搭建了直接瞬时转矩控制系统的仿真图，并对多种直接瞬时转矩控制方法进行了仿真验证和对比分析。最后，搭建了一台1.5KW三相12/8极开关磁阻电机控制系统实验平台，设计了系统的硬件部分包括控制电路、IGBT驱动电路、功率变换器电路、电流电压检测及保护电路和位置检测电路等，并给出了软件设计流程。随后进行了相应的实验对控制系统进行了实现。对本文所给出的控制算法进行了对比验证。验证了改进的直接瞬时转矩控制算法在较好地抑制转矩脉动基础上，牺牲少量转矩脉动抑制效果，可以有效提高系统运行效率。

目录

声明

摘要

1．1 课题研究背景及意义

1．2 SRM的发展概况

1．3 SRM的主要研究方向

1．4 本文主要研究工作

第2章 SRM工作原理及基本控制策略

2．1 SRM系统结构和运行原理

2．1．1 电机结构

2．1．2 SRM工作原理

2．2 SRM的数学建模

2．2．1 SRM的基本方程

2．2．2 理想状态下的线性模型

2．2．3 实际状态下的非线性模型

2．3 SRM的传统控制方法

2．3．1 电流斩波控制法

2．3．2 电压斩波控制法

2．3．3 角度位置控制法

2．4 本章小结

第3章 SRM直接瞬时转矩控制系统

3．1 SRM直接瞬时转矩控制

3．1．1 功率变换器及其开关状态

3．1．2 转矩滞环控制器

3．2 基于TSF的直接瞬时转矩控制

3．2．1 基于预设TSF的直接瞬时转矩控制

3．2．2 基于非固定形状TSF的直接瞬时转矩控制

3．3 本章小结

第4章 SRM直接瞬时转矩控制系统建模与仿真

4．1 磁链特性检测及SRM建模

4．1．1 磁链特性检测

4．1．2 SRM建模

4．2 SRM直接瞬时转矩系统仿真

4．2．1 功率变换器模块

4．2．2 角度转换模块

4．2．3 DITC转矩滞环控制器模块

4．2．5 相转矩滞环控制器模块

4．3 仿真结果及分析

4．4 本章小结

第5章 SRM直接瞬时转矩控制系统实现

5．1 硬件电路设计

5．1．1 控制芯片及接口电路

5．1．2 IGBT驱动

5．1．3 功率变换器

5．1．4 电流电压检测及保护电路

5．1．5 位置检测电路

5．2 软件设计

5．2．1 软件编译环境

5．2．2 软件结构设计

5．3 实验平台搭建及结果分析

5．4 本章小节

第6章 总结与展望

参考文献

致谢