组合式开关磁阻电机控制系统设计

组合式开关磁阻电机控制系统设计

欧阳剑坤

武汉理工大学自动化学院湖北武汉430070

摘要：开关磁阻电机（SRM）因具有结构简单坚固、成本低、起动转矩大、效率高等优点在许多领域得到了应用。然而电机的工作原理造成的转矩脉动的问题，限制了其在对转矩脉动敏感的情形下的运用。论文以减小SRM的转矩脉动为目标，展开了理论分析以及仿真研究，设计了组合式开关磁阻电机的结构。在Simulink环境下搭建仿真系统，对上述组合式SRM进行仿真实验，并且通过和普通SRM进行对比实验。实验结果证明了组合式SRM的转矩脉动得到了抑制。

关键词：开关磁阻电机，转矩脉动，模糊控制

1.绪论

目前在工业领域的动力传动基本上采用电机传动。SRM作为一种新型结构的电机，克服了直流电机和交流电机的缺陷，并且具有很多自己独有的优势：结构简单，效率高，故障运行能力强，能够频繁起停等。然而开关磁阻电机存在有较大的转矩脉动的问题限制了SRM的应用范围。为此，SRM及其调速系统一直都是热门的研究对象。

SRM的转矩脉动的抑制的研究集中在控制策略的层面。对电机结构的研究较少。论文从SRM的结构特点与转矩特性入手，提出了组合式SRM的结构，通过让同轴串联的电机单元输出互补的电磁转矩，较少转矩脉动。

2.SRM的数学模型

开关磁阻电机的电压平衡方程为：

图3-1组合式就开关磁阻电机结构示意图

电机由若干个电机单元采用定子磁极对齐，转子之间按照相同的方向错开一个角度的方式同轴串联。如图3-2所示。转子指间错开的角度为一个定子极距角。

4.2基于模糊控制的角度位置控制器

电机转速较高时，相电流的波形会发生畸变。通过将导通角提前可以有效的回避这个问题。采用传统线性方式对这个问题进行优化的效果并不理想。

模糊控制适用于非线性强，数学模型难以获得的系统。故用其来对电机的开通角和关断角进行优化计算。

采用以电机转速作为输入，电机的开通角和关断角作为输出，设计的控制器如图4-2所示

5.仿真验证

在Simulink中建立控制系统模型，参数如下：定转子为6/4结构，定子绕组阻值R=0.05Ω，转动惯量J=0.05kgmm，摩擦系数B=0.02Nms。直

从表5-1可以看出，组合式SRM相较于单个SRM，其转矩脉动降低了14.88%，证明这种结构以及控制方法可以减小转矩脉动。

6.结论

仿真结果表明，在同样的条件下，论文提出的组合式SRM模型与单SRM模型想比，转矩脉动明显减小。为电机转矩脉动的降低提供了新的思路。

1]TorkamanH,AfjeiE,ToulabiMS.NewDouble-Layer-per-PhaseIsolatedSwitchedReluctanceMotor：Concept,NumericalAnalysis,andExperimentalConfirmation[J].IEEETransactionsonIndustrialElectronics,2012,59(2)：830-838.

[2]NajmiV,SiadatanA,AfjeiE.Analysisof8/6two-layerswitchedreluctancemotorwithrotorshiftingtechniqueforservoapplications[C]//PowerElectronicsandDriveSystemsTechnology(PEDSTC),20123rd.IEEE,2012：273-277.

[3]王旭东,王喜莲,王炎,等.开关磁阻电动机电流双幅值斩波控制[J].中国电机工程学报,2000,20(4)：83-86.

[4]王俊利.开关磁阻电机的电流斩波控制[J].电子技术与软件工程,2013(18)：130-131.

[5]王喜莲,王旭东.开关磁阻电机角度最优控制[J].电机与控制学报,2006,10(6)：588-591.