《開關磁阻電動機高性能控制系統(tǒng)的設計自動化畢業(yè)論文》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《開關磁阻電動機高性能控制系統(tǒng)的設計自動化畢業(yè)論文（45頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 畢業(yè)設計 開關磁阻電動機高性能控制系統(tǒng)的設計 姓 名： 學 號： 10020109 班 級： 10電氣4 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 所在系： 自動化工程系 指導教師： 開關磁阻電動機高性能控制系統(tǒng)的設計 摘　　要 開關磁阻電動機(簡稱SRM或SR電機)具有結構簡單、成本低、控制靈活等特點，由其構成的調速系統(tǒng)(簡稱SRD)具有交、直流

2、調速所沒有的優(yōu)點，正在顯示出強大的市場競爭力。本設計以0.75KW四相(8/6極)開關磁阻電動機控制系統(tǒng)的高性能控制策略及其系統(tǒng)為主題展開了理論研究和應用。 開關磁阻電動機的最重要的缺點就是轉矩脈動，它直接影響著驅動系統(tǒng)的輸出性能。本設計介紹了能夠消除SRM的轉矩脈動，提高SRD性能的幾種新型控制策略，即SRM的直接轉矩控制并進行了仿真。研究了能夠消除轉矩脈動，提高SR在位置控制中定位精度的微步控制?；陂_關磁阻電動機的線性模型，推導出其矩角特性，根據(jù)轉矩星型圖對換相時的相繞阻電流進行控制，用換相區(qū)代替換相點使各相電流為階梯波，從而在空間得到多個派生轉矩矢量，使電機的步進角減小，增加了轉矩得

3、平滑性，從而減小了轉矩脈動研究表明，采用微步控制后，可有效地減小電流波動。為了驗證系統(tǒng)的可行性，本文利用MATLAB6.0中的動態(tài)仿真工具SIMULINK對系統(tǒng)的動靜態(tài)性能進行了仿真分析。仿真和實驗結果基本一致，證明了該系統(tǒng)的可行性，系統(tǒng)具有良好的速度和位置控制能力，有著廣闊的發(fā)展前景。 關鍵詞：開關磁阻電動機；微步控制；直接轉矩控制；MATLAB；DSP Design of High-performance Switched Reluctance Motor Control System ABSTRACT Switched Reluctance

4、 Motor ( SRM or SR motor for short ) has a simple structure，low cost，flexible control features，its speed control system consisting of ( short SRD) with AC， DC does not have merit，is showing strong market competitiveness. The design of the four-phase high-performance 0.75KW (8/ 6 poles ) switched rel

5、uctance motor control system and the system control strategy theme of theoretical research and application. The most important drawback is that the switch reluctance motor torque ripple，which directly affects the output performance of the drive system. This design introduces several new control str

6、ategy to eliminate SRM torque ripple and improve the performance of the SRD，that SRM direct torque control and simulation . Studied to eliminate torque ripple and improve the SR positioning accuracy in position control micro- step control. Linear model of switched reluctance motor，derives its torque

7、-angle characteristics，torque control based on the star chart on the phase commutation when winding current， instead of switching to phase commutation region points to the phase current is stepped wave，thereby obtaining a plurality of vectors derived torque space step angle of the motor is reduced，t

8、he torque was increased smoothness，thereby reducing the torque ripple. Research shows that the use of micro -step control，which can effectively reduce the current fluctuations. In order to verify the feasibility of the system，we use MATLAB6.0 dynamic simulation tool SIMULINK dynamic and static perfo

9、rmance of the system to be simulated. Simulation and experimental results are basically the same，proved the feasibility of the system，the system has good speed and position control，there are broad prospects for development. Key words：Switched Reluctance Motor；Micro-step control；MATLAB；DSP 目　　錄

10、 第一章　緒論 1 1.1 引言 1 1.2 運動控制發(fā)展概述 1 1.3 開關磁阻電機的研究概況及發(fā)展方向 2 1.3.1開關磁阻電機的研究概況 2 1.3.2SR電機的控制策略綜述 3 1.4 研究的主要內容和目標 4 第二章 SR電機調速系統(tǒng) 5 2.1 開關磁阻電動機調速系統(tǒng)的基本結構、特點及基本原理 5 2.1.1SRD的基本結構 5 2.1.2SR電機的工作原理 6 2.1.3SRD系統(tǒng)的結構與性能特點 7 2.2 開關磁阻電機的數(shù)學模型 8 2.2.1開關磁阻電機的數(shù)學模型 8 2.2.2數(shù)學模型的求解方法 9 2.3 開關磁阻電機工作的

11、基本分析 10 2.3.1電感與轉子位置角的關系 10 2.3.2電磁轉矩的分析 11 2.3.4轉速的控制 12 2.4 開關磁阻電機的控制方式 13 2.4.1電流斬波控制 13 2.4.2角度控制 13 2.4.3電壓斬波控制 14 2.4.4 各控制方式的特點 14 第三章 SRD新型控制策略的研究 16 3.1 SR電機的直接轉矩控制 16 3.1.1直接轉矩控制原理 16 3.1.2仿真研究 19 3.2.1開關磁阻電動機的微步控制 23 3.2.2微步控制策略的實現(xiàn) 26 3.2.3 仿真分析 26 3.2.4 結論 27 第四章　基于DSP的

12、SRM控制系統(tǒng)設計 28 4.1 基于DSP的SRD控制系統(tǒng)硬件設計 28 4.1.1DSP的結構與特點 28 4.1.2位置檢測及換相邏輯 28 4.1.3PWM輸出電路 29 4.1.4電流檢測與斬波電路 29 4.1.5鍵盤、顯示電路 30 4.2 電路的保護及抗干擾設計 31 4.2.1屏蔽技術 32 4.2.2電路板的抗干擾設計 32 4.3 基于DSP的SRM控制軟件的設計 32 4.3.1主程序設計 33 4.3.2速度檢測子程序 35 4.3.3故障處理子程序 36 4.4 SRD實驗系統(tǒng)及實驗結果 37 第五章 結論 38 參考文獻 39

13、致 謝 40 第一章　緒論 1.1 引言 開關磁阻電機調速系統(tǒng)(Switched Reluctance Motor Drive，簡稱SRD)，是繼異步電動機變頻調速系統(tǒng)和直流電動機調速系統(tǒng)之后，又一極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦驼{速系統(tǒng)。它集開關磁阻電動機(Switched Reluctance Motor，簡稱SRM)、電力電子技術和控制技術為一體，它不僅保持了交流異步電動機的機構簡單、堅固可靠和直流電動機可控性好的優(yōu)點，而且還具有價格低、效率高、適應力強等優(yōu)點，顯示出廣闊的應用前景。 SRM作為SRD中的重要組成部分，是在磁阻電動機的基礎上發(fā)展起來的一種高性能

14、機電一體化的產品。它具有開關性和磁阻性兩個基本特征。從結構上看開關磁阻電機定轉子均采用雙凸極結構，定子上有集中繞組，轉子無繞組，也無永磁體。因此具有結構簡單、堅固、工作可靠、維修方便等優(yōu)點。另外，電機在一相或多相缺相的情況下仍可以運行使得它可以應用于惡劣的工業(yè)環(huán)境中。SRM控制靈活，采用不同的控制方式，可以得到不同負載要求的機械特性，很容易實現(xiàn)四象限運行和軟啟動等要求。采用合理的控制策略，由SR人理組成的SRD系統(tǒng)的效率和出力能在很寬的速度和負載范圍內都能維持較高的運行特性。 然而，由于開關磁阻電機的雙凸極結構，不能采用傳統(tǒng)的AC電機波形來作為輸入激勵，從而不能應用AC電機很成熟的旋轉磁場理

15、論。而且，電機的輸出轉矩不平滑，必須采用適當?shù)目刂撇呗詠硐D矩脈動。另外由于磁通的復雜分布使得電機的控制很復雜。電機不同相間的非線性禍合及電機參數(shù)的改變更增加了控制的復雜程度。只有從調速系統(tǒng)的總體性能指標出發(fā)，通過采取優(yōu)化的控制策略，才能逐步解決這些問題[1]。 1.2 運動控制發(fā)展概述 運動控制是一門綜合性、多學科的交叉技術。它的主要研究內容是機械運動過程中涉及的力學、機械學、動力驅動、運動參數(shù)檢測和控制等方面的理論和技術問題。隨著科學技術的不斷發(fā)展，尤其是電力電技術的進步，微機技術的應用和新型控制策略的出現(xiàn)。今天的運動控制發(fā)展成為了根據(jù)預定方案及復雜環(huán)境，將計算機做出的決策命

16、令變?yōu)槟撤N期望的機械運動的系統(tǒng)控制。運動控制系統(tǒng)使被控機械運動實現(xiàn)精確的位置控制、速度控制、加速度控制、轉矩或力的控制，以及這些被控機械量的綜合控制。典型的運動控制系統(tǒng)有運輸機械、數(shù)控機床、機器人等，這些系統(tǒng)是力學、機械、材料、電工、電子、計算機、信息和自動化等科學和技術領域的總和。 運動控制系統(tǒng)中，精確的位置、速度、加速度乃至力矩的控制土要通過電動機、驅動器、反饋裝置、運動控制器、主控制器(如計算機和可編程控制器)來實現(xiàn)。隨著微電子技術滲透到運動控制系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)并成為其控制技術的核心，功率變頻器和電動機都具有了離散控制的基本特征。一般的運動控制系統(tǒng)包含了圍繞電動機組成不同控制目標

17、所涉及的理論和技術。運動控制作為一門多學科交義的技術，每種技術出現(xiàn)的新進展都使它向前邁進一步，其技術進步是日新月異的[2]。 1.3 開關磁阻電機的研究概況及發(fā)展方向 1.3.1開關磁阻電機的研究概況 磁阻電機是一種具有悠久歷史的電機，它誕生于160年前，但它一直被認為是一種性能(效率、功率因數(shù)、利用系數(shù)等)不高的電機，故只應用于小功率范圍。經過近20年的研究和改進，磁阻式電機的性能不斷提高，目前已能在較大的功率范圍內使其性能不低于其他型式的電機。美國、加拿大、南斯拉夫、埃及等國家都開展了開關磁阻電機系統(tǒng)的研制工作，在國外的應用中，開關磁阻電機一般用于牽引中，例如電瓶車和電動汽車

18、，同時高速性能是開關磁阻電機的一個特長的方向。對于低壓、小功率的應用場合，開關磁阻電動機遠優(yōu)于普通的異步電動機和直流電動機。例如使用開關磁阻電動機驅動風扇、泵類、壓縮機等，可以在寬廣的速度范圍內實現(xiàn)高效率的運行且節(jié)能明顯，可以在短期內收回成本，經濟型小功率開關磁阻電動機調速系統(tǒng)有廣闊的市場，尤其是在家用電器方面的應用。據(jù)報導，英國Leeds大學研制出一種用于洗衣機的開關磁阻電動機及其驅動裝置，該電動機重量為3.1kg，最高轉速達10000r/min，直徑為100mm，長度為118mm，在不使洗滌性能降低的情況下，比標準的洗衣機電動機尺寸減少一半。在開發(fā)高速傳動領域，開關磁阻電動機調速系統(tǒng)也有其

19、獨特的優(yōu)勢，因為開關磁阻電動機結構簡單、堅固，控制開關頻率低，在疊片性能和軸承滿足要求的條件下可實現(xiàn)高速運轉。據(jù)報道，美國為空間技術研制了一個25000r/min、90kW的高速SRD樣機[3]。 開關磁阻電機調速系統(tǒng)（SRD）的研究已被列入我國中、小型電機“八五”、“九五”和“十五”科研規(guī)劃項目。華中科技大學開關磁阻電機課題組在“九五”項目中研制出使用SRD的純電動轎車，在“十五”項目中將SRD應用到混合動力城市公交車，均取得了較好的運行效果。紡織機械研究所將SRD應用于毛巾印花機、卷布機，煤礦牽引及電動車輛等，取得了顯著的效益。 現(xiàn)如今功率電子技術，數(shù)字信號處理技術和控制技術的快速發(fā)展

20、，而且隨著智能技術的不斷成熟及高速高效低價格的數(shù)字信號處理芯片（DSP）的出現(xiàn)，利用高性能DSP開發(fā)各種復雜算法的間接位置檢測技術，無需附加外部硬件電路，大大提高了開關磁阻電機檢測的可靠性和適用性，必將更大限度地顯示SRD的優(yōu)越性，現(xiàn)有研究都是基于SRD機電系統(tǒng)簡化為線性系統(tǒng)以實驗研究方法為主進行的，一方面缺少理論分析，另一方面對SR電機振動的非線性特性缺乏研究。只有立足于非線性振動理論，在全面分析SR電機非線性電磁場和非線性徑向力的基礎上，才能對開關磁阻電機定子電磁振動的非線性特性進行系統(tǒng)的理論分析，計算和實驗研究。近幾十年來，SRD的研究在國內外取得了很大的發(fā)展，但作為一種新型的調速系統(tǒng)，

21、研究的歷史還比較短，其技術設計電機學、微電子、電力電子、控制理論等眾多學科領域，并且SR電機本身的非線性特性，導致研究的困難性，存在著大量的工作要做。在應用上，SRD有著廣闊的市場前景，具有結構簡單、堅固、成本低、工作可靠、控制靈活、運行效率高，適于高速與惡劣環(huán)境運行等特點，促使人們更深刻的去關注、研究、開發(fā)。綜上所述，SRD發(fā)展到現(xiàn)在，在控制策略方面雖然已取得了許多非常有用的成果，但是仍然很不完善，仍存在許多問題待解決，而且尚未形成完善的控制理論。雖SRM結構簡單，但是用來分析SRM能量轉換過程的數(shù)學方法卻相對復雜。由于SRM的雙凸極結構和磁路的嚴重非線性以及脈沖供電方式，傳統(tǒng)電機學的一些理

22、論和分析方法已不再適用于開關磁阻電動機。因此，研究SRD及其驅動系統(tǒng)無論是在理論上還是在工業(yè)應用中都具有重要意義[4]。 1.3.2SR電機的控制策略綜述 眾所周知，SRD融SRM、功率變換器、控制器與位置檢測器為一體，其性能的改善不僅依靠優(yōu)化SRM與功率變換器設計，而且必須借助于先進控制策略的手段。從20世紀80年代以來，在SRD控制方面已出現(xiàn)了大量先進的控制思想，并取得了有益的成果。 SR電機控制參數(shù)多，控制系統(tǒng)設計的主要問題時努力實現(xiàn)參數(shù)最優(yōu)化、結構最優(yōu)化和功能最優(yōu)化。根據(jù)改變控制參數(shù)的不同方式，SRM又三種控制模式，即電流斬波控制(簡稱CCC)、角度位置控制(簡稱APC)、和電壓

23、控制(VC)。其中，CCC一般應用于低速運行區(qū)，因為此時旋轉電動勢較小，必須限制系統(tǒng)的最大工作電流；APC時電壓保持不變，通過改變開通角和關斷角調節(jié)電機轉速，適合于系統(tǒng)較高轉速區(qū)；VC時在固定的開關角條件下，通過調節(jié)繞組電壓控制系統(tǒng)轉速。 基于線性假設的SR控制系統(tǒng)難以獲得理想的輸出特性，魯棒性差，其動靜態(tài)性能無法與直流傳動相媲美，這嚴重阻礙了SR的商品化進程。其主要原因在于：SRM為高度非線性系統(tǒng)，具有雙凸極集中繞組的幾何結構，為輸出最大轉矩而運行于飽和狀態(tài)，磁阻轉矩是繞組電流和轉子位置的非線性函數(shù)。傳統(tǒng)的線性控制方法難以滿足動態(tài)較快的SRM非線性、變參數(shù)要求。近年來，為改善系統(tǒng)的性能，

24、國內外發(fā)表了一些基于現(xiàn)代控制理論和智能控制技術建立SR。動態(tài)模型和系統(tǒng)設計的文獻。模糊控制器是一種語言控制器，無需被控對象的精確數(shù)學模型，本質上也是一種非線性控制，具有較強的魯棒性。模糊控制器的這些特點，使得從原理上改善SRD系統(tǒng)的調速性能成為可能。近年來，應用模糊控制理論設計SRD己受到重視。但模糊控制的動靜態(tài)特性之間也存在一定的矛盾，采用固定的參數(shù)難以獲得滿意的性能，轉矩脈動、振動和噪聲是SRD較為突出的問題，也是控制策略所要研究的重點。轉矩的分布由相電流決定，因此關鍵是控制相電流使其輸出轉矩脈動最小化分布。但困難在于SR電機數(shù)學模型難以精確解析，而且SRD的結構及其動態(tài)特性在運行中常逐步

25、改變或突變，并且難以預知。因此常規(guī)控制方法部可能控制相電流按理想分布變化，只有引入自適應、自學習控制技術及智能控制技術，才能使系統(tǒng)根據(jù)運行條件的改變，自動的調整調節(jié)器的結構、參數(shù)，以保證系統(tǒng)連續(xù)處于輸出轉矩脈動最小化狀態(tài)[5]。 綜上所述，SRD發(fā)展到現(xiàn)在，在控制策略方面雖然已取得了許多非常有用的成果，但是仍然很不完善，仍存在許多問題待解決，而且尚未形成完善的SR控制理論。今后關于SRM控制策略的研究應主要圍繞以下幾個方面展開： 1.從控制角度繼續(xù)加強研究，以減小轉矩脈動、降低噪聲。 2.研究具有較高動態(tài)特性，算法簡單，能抑制參數(shù)變化、擾動和各種不確定性干擾的SRM新型控制策略。 3.

26、研究具有智能控制方法的SRM新型控制策略機器分析設計理論。 1.4 研究的主要內容和目標 開關磁阻電機調速系統(tǒng)作為一種新型調速系統(tǒng)，兼有直流傳動和普通交流傳動的特點，但是由于開關磁阻電機的雙凸極結構和采用開關性的供電電源，使得電機的特性和控制方式與傳統(tǒng)電機不同，尤其是非線性及飽和現(xiàn)象，造成電機的模型難以解析，比較突出的問題是轉矩脈動和噪聲。另一方面，SRD作為典型的機電一體化系統(tǒng)，融合了電機學、微電子、電力電子、控制理論等眾多科學領域，所以系統(tǒng)的優(yōu)化設計還需從整體出發(fā)，基于以上原因提出了開關磁阻電動機高性能控制系統(tǒng)的設計，能夠消除轉矩脈動，提高開關磁阻電機在位置控制中的定位精度[6

27、]。 本設計主要研究內容有以下幾個方面： 1.利用仿真軟件對開關磁阻電機控制系統(tǒng)不同控制策略進行動態(tài)仿真分析。 2.采用微步控制對開關磁阻電機控制系統(tǒng)的位置控制能力進行分析，達到優(yōu)化控制的目的。 3.開關磁阻電機高性能控制系統(tǒng)應用在在電動執(zhí)行器中的位置控制分析。 第二章 SR電機調速系統(tǒng) 2.1 開關磁阻電動機調速系統(tǒng)的基本結構、特點及基本原理 2.1.1SRD的基本結構 圖2.1 SRD系統(tǒng)構成框圖 Fig.2.l Structure of SRD system 開關磁阻電動機調速系統(tǒng)主要由SRM、功率變換器、控制器、位置檢測器構成，如

28、圖2.1示： 磁阻電機：SRM是SRD中實現(xiàn)機電能量轉換的部件，系雙凸極可變磁阻電動機，其定轉子的凸極均由普通硅鋼片疊壓而成。轉子無繞組也無永磁體，定子極上繞有集中繞組，徑向相對的兩個繞組可串聯(lián)或并聯(lián)構成一對磁極，稱為“一相”。SRM可以設計成多相結構，且定、轉子的極數(shù)有多種不同的搭配。相數(shù)多，步距角小，有利于減小轉矩脈動，但結構復雜，且主開關器件多，成本高。因此電機定、轉子的極數(shù)應當按使用的場合合理確定。SRM的轉向與電流方向無關，為單向電流，若改變相電流的大小，可改變電動機轉矩的大小，進而可以改變電動機轉速。若在轉子極轉離定子極時通電，所產生的電磁轉矩與轉子旋轉方向相反，為制動轉矩。

29、功率變換器的作用是將電源提供的能量經適當轉換后提供給SRM，由蓄電池或交流電整流后得到的直流電供電。由于SRM繞組電流是單向的，使得其功率變換器主電路不僅結構較簡單，而且相繞組與主開關器件是串聯(lián)的，因而可以避免直接短路故障。SRM的功率變換器主電路的結構形式與供電電壓、電動機相數(shù)及主開關器件的種類等有關。 控制器是系統(tǒng)的中樞，它綜合處理速度指令、速度反饋信號及電流傳感器、位置傳感器的反饋信息，控制功率變換器中主開關器件的工作狀態(tài)，實現(xiàn)對SRM運行狀態(tài)的控制[7]。 2.1.2SR電機的工作原理 圖2.2所示為一臺典型四相(8/6)SR電機的橫截面和其中一相電路的原理示意圖。它的定子上有

30、八個齒極(即N=8)，每個齒極上繞著一個線圈，直徑方向上相對的兩個齒極上的線圈串連成一相繞組，轉子沿圓周有六個均勻分布的齒極，(即Nr=6)，齒極上沒有繞組。定、轉子間有很小的氣隙。S1和S2是電子開關，VD1和VD2是續(xù)流二極管，U是直流電源。 圖2.2四相SR電機的工作原理圖 Fig.2.2 Principle of Four Phase SR motor SR電機調速系統(tǒng)整體工作過程如下：控制器接收啟動命令信號，在檢測系統(tǒng)狀態(tài)一切正常的情況根據(jù)位置傳感器提供的各相定子齒極和轉子齒極相對位置的信息，按照起動邏輯給出相應的輸出信例如，在圖2.2中定子A相齒極軸線AA'與轉子齒極

31、1的軸線11'不重合的情況下，應使功率變換下號器中控制A相繞組的開關元件S1和S2導通，A相繞組通電，而B、C和D三相繞組都不通電。電動機內建立起以AA'為軸線的磁場，磁場通過氣隙的磁感應線是彎曲的。此時，磁路的磁導小于定、轉子齒極軸線從AA'和11'重合時的磁導，轉子受到氣隙中彎曲磁感應線的切向磁拉力所產生轉矩的作用，使轉子逆時針方向轉動，轉子齒極1的軸線11'向定子齒極AA'趨近。當軸線AA'和11'重合，即A相定、轉子齒對齊時，切線方向的磁拉力消失，轉子停止轉動，此時稱轉子達到穩(wěn)定平衡位置。與此同時，B相定子齒極軸線BB'與轉子齒極軸線22'的相對位置與圖2.2中A相的情況相同。此時，控

32、制器根據(jù)位置傳感器提供的位置信息，命令斷開A相開關S和S并合上響應的B相開關，使A相繞組斷開的同時B相繞組通電。顯然，改變相電流的方向并不影響轉子的旋轉方向。在多相電機實際運行中，也常出現(xiàn)兩相或多相同時導通的情況。設每相繞組開關頻率(主開關頻率)為幾，轉子極數(shù)為N，則SR電機的同步轉速(r/min)可表示為： （2.1） 由于SR電機的轉向與繞組電流方向無關，所以使得功率變換器電路能夠充分簡化。在圖2.2中，當主開關S1、S2接通時，A相繞組從直流電源U吸收電能，而當S1、S2斷開時，繞組電流通過續(xù)流二極管VD1、VD2將剩余能

33、量回饋給電源。因此SR電機具有能量回饋的特點，系統(tǒng)效率高[8]。 2.1.3SRD系統(tǒng)的結構與性能特點 1.電動機結構簡單、成本低、適于高速 開關磁阻電動機的突出優(yōu)點是轉子上沒有任何型式的繞組，成本低；轉子的機械強度高，電動機可高速運轉而不致變形；轉子轉動慣量小，易于加、減速。在定子方面，它只有兒個集中繞組，因此制造簡便，絕緣結構簡單，并且發(fā)熱大部分在定子，易于冷卻。 2.功率電路簡單可靠 因為電動機轉矩方向與繞組電流方向無關，即只需單方向繞組電流，故功率電路可以做到每相一個功率開關，電路結構簡單。另外，系統(tǒng)中每個功率開關器件均直接與電動機繞組相串聯(lián)，避免了直通短路現(xiàn)象。因此開關磁阻

34、電動機調速系統(tǒng)中功率電路的保護電路可以簡化，既降低了成本，又具有高的作可靠性[9]。 3.效率高、功耗小 SRD系統(tǒng)是一種非常高效的調速系統(tǒng)。這是因為一方面電動機轉子不存在繞組銅耗，另一方面電動機可控參數(shù)多，靈活方便，易于在寬轉速范圍和不同負載下實現(xiàn)高效優(yōu)化控制。圖2-3給出了典型產品的輸出特性和效率曲線，其系統(tǒng)效率在很寬的范圍內都在87%以上，這是其他一些調速系統(tǒng)不易達到的。 圖2.3開關磁阻電動機實測性能曲線 Fig2.3 The curve of real Performance of SRM 4.高起動轉矩、低起動電流 從電源側吸收較少的電流，在電動機側得到較大

35、的起動轉矩是本系統(tǒng)的一大特點。典型產品的數(shù) 據(jù)是：當達到100%額定轉矩時，只需15%的額定電流。 5.可控參數(shù)多，調整性能好 控制開關磁阻電動機的主要運行參數(shù)和方法至少有四種：控制開通角、控制關斷角、控制相電流幅值、控制相繞組電壓。 SRD系統(tǒng)也存在著一些不足，因為功率變換器輸出的是不規(guī)則電流脈沖，一般導致振動噪聲較人、低速轉矩脈動較大，并且相數(shù)越多，主接線數(shù)越多；需要根據(jù)定、轉子的相對位置投勵，不能像異步電動機那樣可以直接接入電網(wǎng)作穩(wěn)速運行，而必須與控制器一同使用等[10]。 2.2 開關磁阻電機的數(shù)學模型 2.2.1開關磁阻電機的數(shù)學模型 建立開關磁阻電機數(shù)學模型，

36、通常有以下三種方法：線性模型、準線性模型(分段線性模型)和非線性模型。線性模型忽略了飽和及邊緣效應，認為繞組電感與電流無關。準線性模型將磁化曲線分段線性化，近似考慮定轉子齒極重疊時的飽和。以上兩種模型，電感參數(shù)有解析表達式，用于求解電機性能時，電流和轉矩有解析解，一般用于定性分析。事實上，由于電機的雙凸極結構和磁路的飽和、渦流和磁滯效應所產生的非線性，加上電機運行期間的開關性和可控性，在電機運行期間繞組電感不是常數(shù)，而是電流和轉子位置角的函數(shù)。開關磁阻電機定子繞組的電流、磁鏈等參數(shù)隨著轉子位置不同而變化的規(guī)律是很復雜的，難以用簡單的解析表達式來表示，因此很難建立精確可解的數(shù)學模型。 為了簡化

37、分析，忽略了鐵芯損耗部分，并設開關磁阻電機的相數(shù)為m，各相結構和參數(shù)稱。設P=1，…，m相的電壓、磁鏈、電阻和電流及轉矩分別為Up、ψp、Rp、Ip、Tp、，轉子位置角為θ，轉速為ω[11]。 1.電壓方程 根據(jù)能量守恒定律和電磁感應定律，施加在各定子繞組端的電壓等于電阻壓降和因磁鏈變化而產生的感應電勢作用之和，第p相繞組電壓方程： (2.2) 2.磁鏈方程 各相繞組磁鏈為該相電流與自感、其余各相電流與互感以及轉子位置角的函數(shù)： (2.3) 由于開關磁阻電機各

38、相之間的互感相對自感來說甚小，為了便于計算，在開關磁阻電機的計算中一般忽略相間互感，不考慮兩相以上電流導通時定、轉子扼部飽和在各相之間產生的相互影響，這時磁鏈方程可近似成： (2.4) 3.轉矩方程 根據(jù)機電能量轉換原理，開關磁阻電機的電磁轉矩表示為磁共能對轉子位置增加的速率： (2.5) 電機的合成轉矩由各相轉矩疊加而成： (2.6) 4.機械運動方程 其中，J、B、Tl分別為轉動慣量、粘滯系數(shù)及負載轉矩：

39、 (2.7) (2.8) 2.2.2數(shù)學模型的求解方法 上述數(shù)學模型由于有嚴重的非線性，不可能得出解析解。因此，在性能分析求解數(shù)學模型時不得不在實用和理想之間尋求一種折衷的處理方法。到目前為止，針對磁鏈的變化，采用了以下幾種方法建立模型： 1.理想線性模型 若不計電機磁路飽和的影響，假定相繞組的電感與電流的大小無關，且不考慮磁場邊緣擴散應，可采用開關磁阻電機的理想線性模型將磁鏈ψp，近似為電流i，的線性函數(shù)，這種方法可了解電機工作的基本特性和各參數(shù)間的相互關系，并可作為深入探討各種控制方式的依據(jù)，但求解的誤差較大，精

40、度較低。 2.準線性模型 為了近似地考慮磁路的飽和效應、邊緣效應，可將實際的非線性磁化曲線分段線性化同時不考慮相間禍合效應，這樣可以用解析式來表示每段磁化曲線。 3.非線性函數(shù)擬合模型 將磁鏈舉，用非線性函數(shù)近似擬合，函數(shù)的選取決定擬合的精確度。 4.查表法 這種方法較為直接、也較為精確，既可用于穩(wěn)態(tài)分析，也可用于解瞬態(tài)問題[12]。 2.3 開關磁阻電機工作的基本分析 2.3.1電感與轉子位置角的關系 圖2.4電感與轉子位置角的關系 Fig.2.4 The relationship between L and rotor angle 由于開關磁阻電動機的

41、電磁轉矩是磁阻性質的，又是雙凸極結構，其磁路是非線性的，加上運行時的開關性和可控性，使電動機內部的電磁關系十分復雜。為弄清電機內部的基本電磁關系，有必要從簡化的線性模型，也就是理想線性模型開始進行分析研究，所得到的相繞組電感隨轉子位置角周期性變化的規(guī)律可用圖2.4說明，圖中橫坐標為轉子位置角，它的基準點即坐標原點θ=0的位置，對應于定子凸極中心與轉子凹槽中心重合的位置，這時相電感為最小值以Lmin。在θ1、θ2 (θ2為轉子磁極的前沿與定子磁極的后沿相遇的位置)區(qū)域內，定轉子磁極不相重疊，電感保持最小值Lmin不變，這是因為開關磁阻電機的轉子槽寬通常大于定子極弧，所以當定子凸極對著轉子槽時，便

42、有一段定子極與轉子槽之間的磁阻恒為最大并不隨轉子位置變化的最小電感常數(shù)區(qū)：轉子轉過。θ2后，相電感便開始線性地上升直到θ3為止，θ3系轉子磁極的前沿與定子磁極的前沿重疊處，這時定轉子磁極全部重疊，相電感變?yōu)樽畲笾礚max；基于電機綜合性能的考慮，轉子極弧日βr通常要求大于定子極弧日βs，因此在。θ3和θ4(θ4為轉子磁極的后沿與定子磁極的后沿相遇的位置)區(qū)域內，定轉子磁極保持全部重疊，相應的定轉子凸極間磁阻恒為最小值，相電感保持在最大值Lmax；從θ4相電感開始線性地下降，直到θ5處降為Lmin，θ5、θ1均為轉子磁極后沿與定子磁極前沿重合處。如此周而復始，往復循環(huán)。開關磁阻電機基于線性模型的

43、繞組電感的分段線性解析式為[13]： (2.9) (2.10) 2.3.2電磁轉矩的分析 根據(jù)能量守恒定律，在不考慮電路中電阻損耗、鐵芯損耗和轉子旋轉產生機械損耗的情況下，繞組輸入的電能We應等于結構中磁儲能Wf與輸出機械能Wn之和，即為： (2.11) 如果把電壓u和感應電勢e的參考方向選得一致，根據(jù)電磁感應定律，繞組電路的電壓方程為：

44、 （2.12) 繞組輸入的電能可由其端電壓、端電流計算，即為： (2.13) 將式(2.12)代入式(2.13)： (2.14) 機械能可由電磁轉矩T和角位移θ計算，即為： (2.15) 將式(2.14)和式(2.15)代入式(2.11)，則得: (2.16) 式(3.16)表明，對無損系統(tǒng)，磁儲能是由獨立變量ψ和θ表示的狀態(tài)變量，當θ為恒定值時，由式(2.16)得

45、到一般轉矩計算式為： (2.17) 在考慮轉子處于任意位置時的電磁轉矩時，可以假設轉子無機械轉動，則由式(2.13)得： (2.18) 將式(2.16)代入式(2.18)，得： (2.19) 設磁路中無磁滯損耗，再假設磁路為線性磁路(這在氣隙不太小，磁路不太飽和時近似成立)，則磁鏈ψ。 可由電感L表示為： (2.20) 將式(2.20)代入式(2.19)，得到磁儲

46、能的計算式： (2.21) 將式(2.21)代入式(2.17)，得： (2.22) 由以上分析可得出如下結論： 1.電動機的電磁轉矩是由轉子轉動時氣隙磁導變化產生的，當磁導對轉角的變化率大時，轉矩也大。 2.電磁轉矩的大小同繞組電流的平方成正比，即使考慮到電流增大后鐵芯飽和的影響，轉矩不再與電流平方成正比，但仍隨電流的增大而增大，因此可以通過增大電流有效地增大轉矩，并且可以通過控制繞組電流得到恒轉矩輸出的特性。 3.轉矩的方向與繞組電流的方向無關，只要在電感曲線的上升段通入繞

47、組電流就會產生正向電磁轉矩，而在電感曲線的下降段通入繞組電流則會產生反向的電磁轉矩。 2.3.4轉速的控制 控制直流電機的轉速需要調節(jié)其外施電壓或勵磁電流，而控制感應電機的轉速則需調節(jié)電源的頻率。與其它電機一樣，開關磁阻電機也有其自己的控制方法。這里仍然針對開關磁阻電機的線性模型來加以討論，對其轉速控偉峭三性加以定性分析。將上面得到的表示的繞組電流代入式(2.22)中，得到： (2.23) 由此進一步得到： (2.24) 從式(2.24)中可以看出，有兩種轉速控制方法： 1.改變外

48、施電壓； 2.改變與開關角有關的參數(shù)F，F(xiàn)是代表電動機結構參數(shù)(如繞組電感和定子極弧等)和控制參數(shù)(如開通角、關斷角)的函數(shù)。 若與開關角有關的參數(shù)F不變，則ω正比于Us，改變其外施電壓就會改變電機的轉速[14]。 2.4 開關磁阻電機的控制方式 SRD系統(tǒng)的控制方式指電動機運行時控制哪些參數(shù)及如何控制，使電動機按規(guī)定的狀況運行，并保持較高的性能指標?？刂品绞降难芯渴荢RD系統(tǒng)研究的關鍵問題。 2.4.1電流斬波控制 在低速時，相電流周期長、磁鏈及電流峰值大，必須采取限流措施。因此，θ=θon時，功率電路開關元件接通(稱相導通)，繞組電流I從零開始上升，當電流達到峰值(斬波

49、電流上限值)時，切斷繞組電流(稱斬波關斷)，繞組承受反壓，電流快速下降。經時間Tl，或電流降至規(guī)定值(斬波電流下限值)時，重新導通(稱斬波導通)，重復上述過程，則形成斬波電流波形，直至θ=θoff時實行相關斷，電流衰減至零。 低速作特別是起動時，多采用斬波控制，以限制電流峰值。電流斬波波形見圖2.5。 圖2.5電流斬波波形 Fig2.5 Current chopping waveform 2.4.2角度控制 開通角θon和關斷角θoff是開關磁阻電機最主要的控制參數(shù)，通過變θon和θoff可實現(xiàn)相電流性質(如電動和制動)、大小和波形的控制，從而可有效調節(jié)電機的轉矩、轉

50、速以及轉向。 控制開通角θon和關斷角θoff。在θon至θoff之間，對繞組施加正向電壓，建立和維持電流。在θoff之后一段時間內，對繞組施加反向電壓，使電流續(xù)流快速下降，直至消失。在實際控制過程中，一般采用經過精細調整的低時間常數(shù)的鎖相倍頻器對轉子位置基本信號實現(xiàn)高倍倍頻，從而獲得分辨率較高的角度細分控制。這樣在不同的θon和θoff控制下，可獲得不同波形和幅值的相電流，達到電機調控目的[15]。 2.4.3電壓斬波控制 在θon—θoff導通區(qū)間內，使功率開關按PWM方式工作。其脈沖周期T固定，占空比Tl/T可調。在Tl內，繞組加正電壓，T2內加零電壓或反電壓。改變占空比，則繞組電

51、壓的平均值變化，繞組電流也相應變化，從而實現(xiàn)轉速和轉矩的調節(jié)，這就是電壓斬波控制。與電流斬波控制方式類似，提高脈沖頻率f=l/T，則電流波形比較平滑，電機出力增大，噪聲減小，但功率開關元件的工作頻率增大。 2.4.4 各控制方式的特點 1.電流斬波控制的特點 （1）適用于低速和制動運行 電機低速運行時，繞組中旋轉電動勢小，電流增長快。在制動運行時，旋轉電動勢的方向與繞組端電壓方向相同，電流比低速運行時增長更快。兩種工況下，采用電流斬波控制方式正好能夠限制電流峰值超過允許值，起到良好有效的保護和調節(jié)效果。 （2）轉矩平穩(wěn) 電流斬波時電流波形呈較寬的平項狀，產生的轉矩也較平穩(wěn)。合成

52、轉矩脈動明顯比其它控制方式小。 （3）適合用于轉矩調節(jié)系統(tǒng) 當斬波周期T較小，并忽略相導通和相關斷時電流建立和消失的過程(轉速低時近似成立)時，繞組電流波形近似為平頂方波。平頂方波的幅值對應電機轉矩，轉矩值基本不受其它因素的影響，可見電流斬波控制方式適用于轉矩調節(jié)系統(tǒng)，如恒轉矩控制系統(tǒng)。 （4）用作調速系統(tǒng)時抗負載擾動性的動態(tài)響應慢 提高調速系統(tǒng)在負載擾動下的快速響應，除轉速檢測調節(jié)環(huán)節(jié)動態(tài)響應快外，系統(tǒng)自身的機械特性也十分重要。電流斬波控制方式中，由于電流峰值被限，當電機轉速在負載擾動的作用卜發(fā)生突變時，電流峰值無法自動適應，系統(tǒng)在負載擾動卜的動態(tài)響應十分緩慢。 2.角度控制的特點

53、 （1）轉矩調節(jié)范圍大 若定義電流存在區(qū)間t占電流周期T的比例t/T為電流占空比，則角度控制下電流占空比的變化范圍兒乎從0一100%。 （2）同時導通相數(shù)可變 同時導通相數(shù)多，電動機出力較大，轉矩脈動較小。當電機負載變化時，自動增加或減少同時導通的相數(shù)是角度控制方式的特點。 （3）電動機效率高 通過角度優(yōu)化，能使電動機在不同負載卜保持較高的效率。 3.電壓斬波控制的特點 電壓斬波控制是通過P枷方式調節(jié)繞組電壓平均值，間接調節(jié)和限制過大的繞組電流，既能用于高速運行，又適合于低速運行。其它特點則與電流斬波控制方式相反，適合于轉速調節(jié)系統(tǒng)，抗負載擾動的動態(tài)響應快，缺點是低速運行時轉矩

54、脈動較大[16]。 第三章 SRD新型控制策略的研究 由于SR電機磁路的飽和，各相產生轉矩的非線性特性及相電流間的非線性禍合以及各相電流在零和額定值之間的開關切換并非瞬間完成，使得即使依序給SR電機相繞組用恒定電流(即矩形波電流)供電，其瞬時轉矩亦非恒定。顯然，SR電機輸出轉矩脈動限制了其在伺服傳動等要求低速運行場合下的應用。而電機的轉矩又是機電聯(lián)系的樞紐，因而轉矩脈動的研究成為目前SRM研究領域的熱點。 本章即研究新型的控制策略來實現(xiàn)SR電機的轉矩控制。同時，鑒于常規(guī)的控制手段(例如固定參數(shù)的PID調節(jié)器)已經不

55、能從根本上補償SR電機的非線性特性。由于改變關斷角θoff，即可改變換相時產生的轉矩脈動，從精確定位以及小轉矩脈動出發(fā)，研究了SRD的微步控制[17]。 3.1 SR電機的直接轉矩控制 采用直接轉矩控制原理來控制交流電機的轉速和轉矩脈動，這己經形成了一套比較完整的理論。交流電機具有線性特性而且是對稱三相正弦電流勵磁，這些都是開關磁阻電動機所不具有的。眾所周知，開關磁阻電機及其控制系統(tǒng)具有嚴重的非線性特點，而且每一相都是單獨勵磁，因此應用在傳統(tǒng)交流電機的直接轉矩控制理論對開關磁阻電機并不完全適用。 本文首先分析了SR電機的轉矩特性，提出了一種新型磁鏈、轉矩控制方法。通過磁鏈幅值以及

56、磁鏈矢量速度的控制達到控制電機轉矩的目的。應用直接轉矩控制原(DTC)，有效地減小了轉矩脈動，而且這種方法非常簡單，實時實現(xiàn)時只用低成本的微處理器即可。 3.1.1直接轉矩控制原理 1.開關磁阻電動機轉矩 開關磁阻電動機的轉矩是由磁路選擇最小磁阻結構的趨勢而產生的。由于SR電動機磁路的非線性，通常SR電動機的轉矩根據(jù)磁共能來計算，即式3.1： (3.1) 式中：—轉子位置角 —繞組電流 —電機相數(shù) 顯然，磁共能的改變既取決于轉子位置，亦取決于繞組電流的瞬時值。在此路飽和狀態(tài)下運行的SR電動機，是一種非線性嚴重的機電裝置，此共能

57、很難解析計算。電機載飽和狀態(tài)下，其機械損耗可以忽略，因此式(3.l)可以用一個近似的等式表示為： (3.2) 由于開關磁阻電機通常使用單極性驅動故各相電流都是止的，因此式(2)中轉矩T的正負是由d決定的。即要產生正的轉矩，定子磁鏈幅值必須隨轉子位置變化而加速，要產生負的轉矩，定子磁鏈幅值要隨轉子位置變化減速。 正的值可以定義為“磁鏈加速”，負值定義為“磁鏈減速”。這是因為，如果磁場要隨轉子位置變化增加，定子磁鏈必須超前于轉子位置；相反，如果磁場隨轉子位置變化減小，定子磁鏈要滯后于轉子位置。所以轉矩改變可以通過定子磁

58、鏈加速或減速來實現(xiàn)。這樣，一種新的控制開關磁阻電機轉矩的方法可以定義為： (1)定子磁鏈保持一個連續(xù)的幅值。 (2)轉矩由定子磁鏈加速或減速來控制。 控制目標(1)通過采用類似傳統(tǒng)直接轉矩控制的方法來實現(xiàn)?？刂颇繕?2)也是通過類似傳統(tǒng)直接轉矩控制的方法實現(xiàn)，因為轉矩增大或減小取決于定子磁鏈的加速或減速。 和傳統(tǒng)直接轉矩控制方法不同的是，轉矩幅值也是瞬時電流的產物。但是就像異步電機直接轉矩控制中轉子磁鏈可以假設為一個連續(xù)量，一個相對于定子磁鏈變化的一階延遲。同樣，在開關磁阻電機的控制方法中，定子電流相對定子磁鏈變化有一個一階延遲，這樣在對轉矩控制時就可以僅僅控制磁鏈加速或減速而不考慮電

59、流的變化。 2.電壓空間矢量 由于開關磁阻電機的凸極結構，每相電壓空間矢量的原點定義在位于定子極軸的中心線上。6/4結構三相開關磁阻電動機的電壓空間矢量的定義如圖3.1所示。 圖3.2是以一相為例功率變換器的拓撲結構，電機每相都有三個可能的電壓狀態(tài)。當兩個主開關都工作時給定相k的電壓Sk狀態(tài)定義為1，這時正電壓加在繞組上；當一個晶閘管關斷且電流不為零時，此時繞組電壓為零，Sk狀態(tài)定義為O；當兩個晶閘管都關斷時，此時電流不存在或只流經續(xù)流二極管，這種情況下，繞組電壓為負，Sk狀態(tài)定義為-1。 因此，和傳統(tǒng)交流電機直接轉矩控制方法不同的是，電機每相有三個不同的狀態(tài)，這樣就會有27電壓狀態(tài)。

60、為了同傳統(tǒng)交流電機直接轉矩控制一樣也可以定義6個幅值相同且相差的電壓向量，即如圖3.3所示的六個電壓向量V1…V6，不需其它狀態(tài)。這些向量都交于N=1……6的六個區(qū)域的交點，每個區(qū)域為π/3弧度寬，每個可能的狀態(tài)都是為了使定子磁鏈和電機轉矩處于控制帶中[18]。 圖3.1三相SR電動機相電壓矢量定義 Fig.3.1 The definition of the voltage vector of Three Phase SR motor 圖3.2 SR電機一相繞組結構圖 Fig.3.2 Winding structure of one Phase of SRM

61、 圖3.3 SR電動機直接轉矩控制電壓矢量定義 Fig.3.3 Voltage vector defination of DTC Method of SRM 2.直接轉矩控制原理 在圖3.3所示的電壓空間矢量圖中，假如定子磁鏈在第K個區(qū)域，則可以通過使用矢量Vk+1和Vk-1來增大磁鏈而通過矢量Vk+2和Vk-2來減小磁鏈。從2.1節(jié)分析可知，轉矩是由定子磁鏈相對于轉子運動的加速或減速來控制的，因此如果轉矩需要增加，就要選擇超前于轉子旋轉方向的電壓向量，即定子磁鏈在第K區(qū)域時選擇矢量Vk+1和Vk+2；反之，若轉矩需要較小，則要相應地選擇第K區(qū)域的矢量Vk+1和Vk+2

62、。 3.1.2仿真研究 為了驗證上述控制方法和開關表的控制性能，本設計利用MATLAB進行了系統(tǒng)仿真，原理框圖如圖3.4所示。框圖主要分為如下幾部分： 1.磁鏈計算單元 相磁鏈計算采用u-i模型，經過3/2變換，計算出。計算出α-β兩相坐標系下的定子磁鏈ψa。 2.磁鏈區(qū)間判斷單元 磁鏈區(qū)間的判斷是通過一個s-function 1函數(shù)來實現(xiàn)。 3.磁鏈、轉矩調節(jié)器 在直接轉矩控制系統(tǒng)中.轉矩控制和磁鏈控制可以分別通過滯環(huán)比較器來實現(xiàn)的。 4.電壓空間向量的選擇 本系統(tǒng)仿真時主要是通過查表的方法來實現(xiàn)電壓空間向量的選擇，判斷條件包括磁鏈調節(jié)器的輸出ψq、轉矩調節(jié)器輸出TQ以及

63、磁鏈所在區(qū)域N。區(qū)間N、電壓向量可參看圖3.4，具體的電壓矢量選擇表見表3.1。 圖3.4系統(tǒng)仿真框圖 Fig.3.4 System simulation block diagram 表3.1電壓矢量選擇表 Fig.3.1 The selection of voltage 仿真時應用的電機參數(shù)：額定電壓為170V，額定電流為4A，相電阻8.1Ω，Lmax=0.24mH，Lmin=0.06mH。 在仿真過程中，電動機給定磁鏈是0.8wb，給定負載轉矩是3N·m。磁鏈和轉矩滯環(huán)寬度分別±0.01wb和±0.1N·m。 仿真結果如圖3.5和圖3.6，圖3.5給出磁鏈

64、軌跡，可以看出定子磁鏈幅值基本不變，軌跡比較接近于圓形。 圖3.6的(a)和(b)分別給出了電機控制前后的轉矩響應。從圖3.6(a)中看到控制前的電機轉矩脈動很大，而在圖3.6(b)中可以看到，采用直接轉矩控制的電機轉矩維持在3N·m上下波動，轉矩波動明顯減小，波動的最大幅值約為0.1N·m。 圖3.7為負載突變時轉矩響應曲線。從圖3.7的波形可以看出，系統(tǒng)具有較高的響應速度，轉矩在0.25從1N·m上升到3N·m僅用了2ms。不同給定轉矩的仿真表明該波動幅值并不隨給定轉矩的大小而變化。仿真結果充分證明了這一方法能有效減小轉矩波動，改善基于直接轉矩控制思想的磁鏈控制的轉矩和速度的平滑性。

65、 3.1.3結論 將直接轉矩應用到開關磁阻電機的控制上，可以很有效的控制轉矩和磁鏈，使系統(tǒng)的動靜態(tài)性能良好，解決了SR電機轉矩脈動問題，彌補了傳統(tǒng)轉矩脈動控制的不足。將DTC應用于SRM還有一個優(yōu)勢，就是控制簡單、只需用低成本的微處理器就可以實現(xiàn)。 圖3.5穩(wěn)態(tài)時磁鏈曲線 Fig.3.5 The stator flux curve of steady state 圖3.6穩(wěn)態(tài)時電磁轉矩曲線 Fig.3.6 Electromagnet torque of steady state 圖3.7電磁轉矩動態(tài)響應曲線 Fig.3.7 Dynamical resp

66、onse of Electromagnet torque 3.2 開關磁阻電動機的微步控制 開關磁阻電動機一般工作在飽和狀態(tài)下，轉矩是相電流和轉子位置的非線性函數(shù)；同時為了維持轉子的連續(xù)運轉，必須不斷地切換功率變換器的主開關器件。開關切換過程中不可避免地給相電流帶來擾動，從而產生轉矩脈動。本文基于開關磁阻電動機的線性模型，推導出其矩角特性，根據(jù)轉矩星型圖對換相時的相繞組電流進行控制，用換相區(qū)代替換相點使各相電流為階梯波，從而在空間得到多個派生轉矩矢量，使電機的步進角減小，增加了轉矩的平滑勝，從而減小了轉矩脈動。 3.2.1開關磁阻電動機的微步控制 1.開關磁阻電動機的矩角特性 結構上與步進電動機相似的SR電動機其運行原理也遵循“磁阻最小原理”，也就是說電機的轉矩是由磁路選擇最小磁阻結構的趨勢而產生的。由于開關磁阻電機磁路的嚴重非線性，通常開關磁阻電機的轉矩是由磁共能來計算，即 (3.3) 式中：一電機轉子位置角 一繞組電流 因此在忽略開關磁阻電機磁路飽和及邊緣效應，基于電機的線性模型，假定電感同電流無關