【正文】 在各相之間產(chǎn)生的相互影響，這時磁鏈方程可近似成： ()根據(jù)機電能量轉(zhuǎn)換原理，開關(guān)磁阻電機的電磁轉(zhuǎn)矩表示為磁共能對轉(zhuǎn)子位置增加的速率： ()電機的合成轉(zhuǎn)矩由各相轉(zhuǎn)矩疊加而成： ()其中，J、B、Tl分別為轉(zhuǎn)動慣量、粘滯系數(shù)及負載轉(zhuǎn)矩： () ()上述數(shù)學模型由于有嚴重的非線性，不可能得出解析解。事實上，由于電機的雙凸極結(jié)構(gòu)和磁路的飽和、渦流和磁滯效應所產(chǎn)生的非線性，加上電機運行期間的開關(guān)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(zhuǎn)子位置角的函數(shù)。 開關(guān)磁阻電機的數(shù)學模型建立開關(guān)磁阻電機數(shù)學模型，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。 The curve of real Performance of SRM、低起動電流從電源側(cè)吸收較少的電流，在電動機側(cè)得到較大的起動轉(zhuǎn)矩是本系統(tǒng)的一大特點。因此開關(guān)磁阻電動機調(diào)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]。、成本低、適于高速開關(guān)磁阻電動機的突出優(yōu)點是轉(zhuǎn)子上沒有任何型式的繞組，成本低；轉(zhuǎn)子的機械強度高，電動機可高速運轉(zhuǎn)而不致變形；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量小，易于加、減速。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。與此同時，B相定子齒極軸線BB39。趨近。此時，磁路的磁導小于定、轉(zhuǎn)子齒極軸線從AA39。與轉(zhuǎn)子齒極1的軸線1139。它的定子上有八個齒極(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(zhuǎn)子沿圓周有六個均勻分布的齒極，(即Nr=6)，齒極上沒有繞組。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(jié)構(gòu)較簡單，而且相繞組與主開關(guān)器件是串聯(lián)的，因而可以避免直接短路故障。因此電機定、轉(zhuǎn)子的極數(shù)應當按使用的場合合理確定。第二章 SR電機調(diào)速系統(tǒng) 開關(guān)磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、特點及基本原理 SRD系統(tǒng)構(gòu)成框圖 Structure of SRD system開關(guān)磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)主要由SRM、功率變換器、控制器、位置檢測器構(gòu)成，：磁阻電機：SRM是SRD中實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的部件，系雙凸極可變磁阻電動機，其定轉(zhuǎn)子的凸極均由普通硅鋼片疊壓而成。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(lǐng)域，所以系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計還需從整體出發(fā)，基于以上原因提出了開關(guān)磁阻電動機高性能控制系統(tǒng)的設(shè)計，能夠消除轉(zhuǎn)矩脈動，提高開關(guān)磁阻電機在位置控制中的定位精度[6]。今后關(guān)于SRM控制策略的研究應主要圍繞以下幾個方面展開：，以減小轉(zhuǎn)矩脈動、降低噪聲。轉(zhuǎn)矩的分布由相電流決定，因此關(guān)鍵是控制相電流使其輸出轉(zhuǎn)矩脈動最小化分布。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(zhì)上也是一種非線性控制，具有較強的魯棒性。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(jié)構(gòu)，為輸出最大轉(zhuǎn)矩而運行于飽和狀態(tài)，磁阻轉(zhuǎn)矩是繞組電流和轉(zhuǎn)子位置的非線性函數(shù)。SR電機控制參數(shù)多，控制系統(tǒng)設(shè)計的主要問題時努力實現(xiàn)參數(shù)最優(yōu)化、結(jié)構(gòu)最優(yōu)化和功能最優(yōu)化。由于SRM的雙凸極結(jié)構(gòu)和磁路的嚴重非線性以及脈沖供電方式，傳統(tǒng)電機學的一些理論和分析方法已不再適用于開關(guān)磁阻電動機。近幾十年來，SRD的研究在國內(nèi)外取得了很大的發(fā)展，但作為一種新型的調(diào)速系統(tǒng)，研究的歷史還比較短，其技術(shù)設(shè)計電機學、微電子、電力電子、控制理論等眾多學科領(lǐng)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。華中科技大學開關(guān)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。據(jù)報導，英國Leeds大學研制出一種用于洗衣機的開關(guān)磁阻電動機及其驅(qū)動裝置，最高轉(zhuǎn)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。經(jīng)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(nèi)使其性能不低于其他型式的電機。隨著微電子技術(shù)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(shù)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。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令變?yōu)槟撤N期望的機械運動的系統(tǒng)控制。只有從調(diào)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]。然而，由于開關(guān)磁阻電機的雙凸極結(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)磁場理論。因此具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固、工作可靠、維修方便等優(yōu)點。它集開關(guān)磁阻電動機(Switched Reluctance Motor，簡稱SRM)、電力電子技術(shù)和控制技術(shù)為一體，它不僅保持了交流異步電動機的機構(gòu)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(chǔ)上發(fā)展起來的一種高性能機電一體化的產(chǎn)品。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。而且，電機的輸出轉(zhuǎn)矩不平滑，必須采用適當?shù)目刂撇呗詠硐D(zhuǎn)矩脈動。 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(shù)。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(zhuǎn)矩或力的控制，以及這些被控機械量的綜合控制。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所涉及的理論和技術(shù)。美國、加拿大、南斯拉夫、埃及等國家都開展了開關(guān)磁阻電機系統(tǒng)的研制工作，在國外的應用中，開關(guān)磁阻電機一般用于牽引中，例如電瓶車和電動汽車，同時高速性能是開關(guān)磁阻電機的一個特長的方向。在開發(fā)高速傳動領(lǐng)域，開關(guān)磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)也有其獨特的優(yōu)勢，因為開關(guān)磁阻電動機結(jié)構(gòu)簡單、堅固，控制開關(guān)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(zhuǎn)。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。在應用上，SRD有著廣闊的市場前景，具有結(jié)構(gòu)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(guān)注、研究、開發(fā)。因此，研究SRD及其驅(qū)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]。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)、和電壓控制(VC)。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。模糊控制器的這些特點，使得從原理上改善SRD系統(tǒng)的調(diào)速性能成為可能。但困難在于SR電機數(shù)學模型難以精確解析，而且SRD的結(jié)構(gòu)及其動態(tài)特性在運行中常逐步改變或突變，并且難以預知。，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。本設(shè)計主要研究內(nèi)容有以下幾個方面：。轉(zhuǎn)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(gòu)成一對磁極，稱為“一相”。SRM的轉(zhuǎn)向與電流方向無關(guān)，為單向電流，若改變相電流的大小，可改變電動機轉(zhuǎn)矩的大小，進而可以改變電動機轉(zhuǎn)速。SRM的功率變換器主電路的結(jié)構(gòu)形式與供電電壓、電動機相數(shù)及主開關(guān)器件的種類等有關(guān)。定、轉(zhuǎn)子間有很小的氣隙。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(guān)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。和1139。當軸線AA39。與轉(zhuǎn)子齒極軸線2239。設(shè)每相繞組開關(guān)頻率(主開關(guān)頻率)為幾，轉(zhuǎn)子極數(shù)為N，則SR電機的同步轉(zhuǎn)速(r/min)可表示為： （）由于SR電機的轉(zhuǎn)向與繞組電流方向無關(guān)，所以使得功率變換器電路能夠充分簡化。在定子方面，它只有兒個集中繞組，因此制造簡便，絕緣結(jié)構(gòu)簡單，并且發(fā)熱大部分在定子，易于冷卻。、功耗小SRD系統(tǒng)是一種非常高效的調(diào)速系統(tǒng)。典型產(chǎn)品的數(shù)據(jù)是：當達到100%額定轉(zhuǎn)矩時，只需15%的額定電流。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(guān)。開關(guān)磁阻電機定子繞組的電流、磁鏈等參數(shù)隨著轉(zhuǎn)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。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。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]。θ2后，相電感便開始線性地上升直到θ3為止，θ3系轉(zhuǎn)子磁極的前沿與定子磁極的前沿重疊處，這時定轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子極弧日βr通常要求大于定子極弧日βs，因此在?？捎呻姼蠰表示為： ()將式()代入式()，得到磁儲能的計算式： ()將式()代入式()，得： ()由以上分析可得出如下結(jié)論：，當磁導對轉(zhuǎn)角的變化率大時，轉(zhuǎn)矩也大。與其它電機一樣，開關(guān)磁阻電機也有其自己的控制方法。 開關(guān)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。經(jīng)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(guān)斷，電流衰減至零。在θon至θoff之間，對繞組施加正向電壓，建立和維持電流。在θon—θoff導通區(qū)間內(nèi)，使功率開關(guān)按PWM方式工作。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(guān)元件的工作頻率增大。（2）轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)電流斬波時電流波形呈較寬的平項狀，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也較平穩(wěn)。（4）用作調(diào)速系統(tǒng)時抗負載擾動性的動態(tài)響應慢提高調(diào)速系統(tǒng)在負載擾動下的快速響應，除轉(zhuǎn)速檢測調(diào)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。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。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(chǎn)生轉(zhuǎn)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(guān)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(zhuǎn)矩亦非恒定。同時，鑒于常規(guī)的控制手段(例如固定參數(shù)的PID調(diào)節(jié)器)已經(jīng)不能從根本上補償SR電機的非線性特性。眾所周知，開關(guān)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(zhuǎn)矩控制理論對開關(guān)磁阻電機并不完全適用。開關(guān)磁阻電動機的轉(zhuǎn)矩是由磁路選擇最小磁阻結(jié)構(gòu)的趨勢而產(chǎn)生的。即要產(chǎn)生正的轉(zhuǎn)矩，定子磁鏈幅值必須隨轉(zhuǎn)子位置變化而加速，要產(chǎn)生負的轉(zhuǎn)矩，定子磁鏈幅值要隨轉(zhuǎn)子位置變化減速。這樣，一種新的控制開關(guān)磁阻電機轉(zhuǎn)矩的方法可以定義為：(1)定子磁鏈保持一個連續(xù)的幅值。和傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制方法不同的是，轉(zhuǎn)矩幅值也是瞬時電流的產(chǎn)物。6/。為了同傳統(tǒng)交流電機直接轉(zhuǎn)矩控制一樣也可以定義6個幅值相同且相差的電壓向量，…V6，不需其它狀態(tài)。為了驗證上述控制方法和開關(guān)表的控制性能，本設(shè)計利用MATLAB進行了系統(tǒng)仿真。、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器。在仿真過程中，給定負載轉(zhuǎn)矩是3N(a)中看到控制前的電機轉(zhuǎn)矩脈動很大，(b)中可以看到，采用