开关磁阻电机模糊控制方法与角度优化控制策略的研究

摘要

开关磁阻电机(SRM)具有结构简单、坚固、成本低、工作可靠、控制灵活、运行效率高等诸多优点。因为其具有很好的节能效果，所以它在电动车、纺织工业、焦炭工业、家电行业、油井、风力发电等领域中有很广阔的应用前景。然而，开关磁阻电机的磁路饱和、涡流、磁滞效应等产生的非线性，使得建立其数学模型非常困难，同时还存在着转矩脉动和噪声大等问题，这些都令开关磁阻电机难以获得优良的调速性能。为此，本文展开了开关磁阻电机调速系统的研究。
　　 开关磁阻电机非线性严重，模糊控制是一种非线性控制算法，不需要控制对象精确的数学模型，具有较强的鲁棒性，当被控对象在大范围变化时，拥有较强的适应性，模糊控制器的这些特点，从原理上保证了在SRM调速系统中引入模糊控制，能够改善其调速性能。模糊控制中的量化因子和比例因子对模糊控制器的性能也有很大的影响，因此，得到了一种比例因子自调整模糊控制器。模糊控制动态响应较快，PID控制稳态控制较好，所以，将二者组合在一起，组成模糊自适应PID控制器，根据实际运行情况，再加上专家丰富的调试经验，通过模仿人的思维推理，来进行PID参数的在线调整，以此达到优化控制，获得良好控制性能的目的。
　　 通过调节绕组电压，开通角和关断角来改变绕组电流的大小和波形，进而改变开关磁阻电机的转速和输出转矩。在高速角度控制方式中，开关角是控制量，并且它们还影响着电机的转矩/安培值，对于每一个不同的转速和负载转矩，都存在着一组最优的开通关断角，也就是角度最优问题。本文通过公式推导，得到最优开通角的表达式，并得到了两种调整开通关断角的方法。一种是在线调整开通角，固定关断角。另外一种是同时调节开通角和关断角，使其随着转速以及控制方式的不同，自动寻找到最优值。

目录

文摘

英文文摘

学位论文的主要创新点

第一章 绪论

1.1 背景

1.2 开关磁阻电机调速系统研究现状

1.3 开关磁阻电机的应用

1.4 本章小结

第二章 开关磁阻电机及其调速系统

2.1 开关磁阻电机的发展概况

2.2 开关磁阻电机工作原理

2.3 SR电机的基本方程式

2.4 开关磁阻电机的线性模型

2.4.1 绕组电感模型

2.4.2 绕组磁链特性

2.4.3 绕组电流分析

2.4.4 电磁转矩

2.5 开关磁阻电机的基本控制方式

2.5.1 电流斩波控制(CCC)方式

2.5.2 脉宽调制控制(PWM)方式

2.5.3 角度控制(APC)方式

2.6 开关磁阻电机调速系统基本组成

2.7 本章小结

第三章 模糊控制理论及其在SRM中的应用

3.1 模糊控制的起源

3.2 模糊控制系统组成

3.3 模糊控制器原理

3.3.1 模糊控制器的组成

3.3.2 论域和量化因子的选择

3.3.3 量化因子和比例因子对控制系统性能的影响

3.4 比例因子自调整模糊控制器

3.5 模糊自适应PID控制原理

3.5.1 PID控制原理

3.5.2 模糊自适应PID控制器

3.6 本章小结

第四章 开关磁阻电机性能的优化

4.1 SR电机的组合控制方式

4.1.1 SR电机电流斩波控制的三种方式

4.1.2 电流斩波方式的角度误差与速度限

4.1.3 各种控制方式的分布

4.2 最优开通角的导出

4.3 一种在线调整θon方法

4.4 一种同时调整θon和θoff的方法

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢