基于转矩分配函数的开关磁阻电动机转矩控制研究

摘要

随着科技的发展和进步，人们对石油和煤炭等非可再生能源的利用越来越广泛，由此带来的大气污染、全球变暖等问题也日益突显。现在人们正致力于将风能、太阳能和潮汐能等清洁能源转化为电能并将其作为生产生活的主要能源。据统计，在生产生活中电动机对电能的消耗占比最大，因此人们一直在研究既节能，性能又好的电力驱动技术。正是在这样的背景之下一种新型的电机——开关磁阻电动机脱颖而出。相对于传统的交、直流电动机，开关磁阻电动机具备结构简单、造价低廉、调速范围宽、转动惯量小和控制灵活等优点，越来越多的受到专家学者的关注；然而，截止目前，开关磁阻电动机在实际应用中的推广程度，并未达到预期。这是由于开关磁阻电动机存在的一些缺陷，其中一个较为明显的问题就是运行过程中的转矩脉动较大，因此，对开关磁阻电动机的转矩控制技术进行研究具有重要的意义，这也是本文的研究方向。
　　首先，本文详细地介绍了开关磁阻电动机的基本结构和运行原理，并介绍了其数学模型。在此基础上，分析了开关磁阻电动机的三种常用控制方法，如：电流斩波控制方法、电压斩波控制方法和角度位置控制方法。然后分析了转矩脉动的成因，并概述了降低转矩脉动的常规控制方法，最后引出了本文重点研究的转矩控制方法——转矩分配函数法。
　　其次，本文分别介绍了四种常用的转矩分配函数，即直线型、余弦型、立方型和指数型。基于余弦型转矩分配函数，以四相8/6极开关磁阻电动机为控制对象，在MATLAB/Simulink软件中搭建了转速-电流双闭环控制系统，并进行了仿真，结果证明了该控制方法的有效性。另外，开关磁阻电动机的磁共能虽然并不表示实际存在的物理量，但其为计算电磁转矩的一个重要变量。本文对以磁共能作为控制变量的间接转矩控制方法进行了研究，并结合转矩分配函数法，在MATLAB/Simulink中搭建了基于磁共能的开关磁阻电动机控制系统，仿真结果证明了该控制方法的可行性和有效性，为研究开关磁阻电动机控制策略提供了新的思路。
　　最后，本文搭建了一套开关磁阻电动机调速系统实验平台，该实验平台由硬、软件部分组成，其中硬件部分的核心器件是数字信号处理器(DSP)TMS320F28335PGFA，另外还包括电流采集电路、功率变换电路和光耦隔离电路等；软件部分包括在DSP中编写的程序和利用LabVIEW编写的用于实验监控的程序。通过该实验平台，本文进行了基于转矩分配函数的开关磁阻电动机转矩控制实验研究，实验结果验证了该控制方法的有效性和正确性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 开关磁阻电动的发展概况

1.3 本文的主要内容

第2章 开关磁阻电动机的基本理论

2.1 引言

2.2 开关磁阻电动机的基本原理

2.3 开关磁阻电动机的控制方法

2.4 开关磁阻电动机的转矩脉动的抑制技术

2.5 本章小结

第3章 基于转矩分配的开关磁阻电动机控制系统的建模与仿真

3.1 引言

3.2 转矩分配函数概述

3.3 基于转矩分配函数的SRM转速-电流双闭环系统建模与仿真

3.4 基于转矩分配函数的SRM转速-磁共能双闭环系统建模与仿真

3.5 本章小结

第4章 开关磁阻电动机调速系统软硬件平台搭建

4.1 引言

4.2 控制系统硬件电路的设计

4.3 控制系统软件部分的设计

4.4 本章小结

第5章 实验结果与分析

5.1 引言

5.2 调速系统起动实验

5.3 驱动信号的检测实验

5.4 基于转矩分配函数的转矩控制实验

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录A

学术论文：

科研项目：

附录B