开关磁阻电机控制策略

开关磁阻电机控制策略研究

摘要：开关磁阻电机驱动系统(SRD)是近20年得到迅速发展的一种交流调速系统。其结构简单、工作可靠、效率高和成本较低等优点而具有相当的竞争力。本文首先介绍了开关磁阻电机控制策略的研究现状和趋势，推导了开关磁阻电机的数学模型，然后详细介绍了两步换相控制、基于转矩分配函数的转矩控制、智能控制、直接瞬时转矩控制等控制策略。又基于Matlab/Simulink仿真验证了开通角、关断角对电机电流转矩的影响，最后得出以转矩为控制对象的新型控制策略仍将进一步发展。

关键词：开关磁阻电机；转矩分配函数；直接瞬时转矩控制；

Control Method of Switch Reluctant Motor

‘

Abstract: Switched reluctance motor drive system (SRD) is a kind of ac speed regulating system with nearly 20 years rapid development .Its simple structure, reliable operation, high efficiency and low cost advantages are quite dissertation first introduces the research status and the control strategy of the switched reluctance motor trend, the mathematical model of the switch magneto is deduced, and then introduced the two-step commutation control, based on the torque distribution function of torque control, intelligent control, direct instantaneous torque control and so based on the Matlab/Simulink , the influence of the opening Angle, shut off the Angle to the motor torque were verified, finally

concluded that the new control strategy will continue to develop further with the torque as the object.

Key words: switched reluctant motor; torque share function ; direct instantaneous torque control(DITC)

1引言

开关磁阻电机结构简单、成本低廉、坚固耐用、可靠性高；调速范围宽和启动性能优[1-3]。但是由于其双凸极结构和其高度非线性，造成了开关磁阻电机控制的复杂性，制约了其在一定领域中的应用。本文先介绍了开关磁阻电机的相关背景，推导了开关磁电机的数学模型，然后详细介绍了两步换相控制、基于转矩分配函数的转矩控制、智能控制、直接瞬时转矩控制等控制策略。又基于Matlab/Simulink仿真验证了开通角、关断角对电机电流转矩的影响。

2开关磁阻电机控制策略的研究现状与趋势

开关磁阻电机控制策略的研究现状

开关磁阻电机驱动系统（SRD）以其结构简单、工作可靠、效率高和成本较低等优点而具有相当的竞争力。但是SRM是双凸极结构，且为了获得较好出力，常常需要被设计得较饱和，导致了SRM 的电磁特性呈高度非线性，难以用一个精确的数学表达式来描述。作为一种新型调速驱动系统，其技术涉及到电机学、微电子、电力电子、控制理论等众多学科领域，加之其复杂的非线性特性，导致研究的困难性。从目前的发展水平来看，无论在理论上还是在应用上都存在不少问题，有待进一步的研究与完善[1-3]。

开关磁阻电机调速控制参数多，决定了它有灵活多样的控制方法。根据改变控制参数的不同方式，SRM 有角度位置控制(Angular Position Control，简称APC)、电流斩波控制(Current Chopping Control，简称CCC) 等控制模式。早期的控制策略主要以线性模型为基础，结合传统PI 或PID 控制器运用上述控制模式，采用前馈转矩或电流控制、反馈转速控制[4-7]。

目前，随着各种控制理论在传统电机调速系统中应用的研究日益成熟，很多学者开始把一些先进的控制方法应用在SRD 系统中，可部分解决开关磁阻电机调速系统的非线性、多变量、强耦合等问题，但距实际的应用还有一定的距离。现有的控制策略从考虑转矩脉动抑制出发，控制对象多是电机瞬时转矩。除了

基本的角度位置控制和电流斩波控制，主要有基于换相过程的转矩控制策略、基于转矩分配函数的控制策略、智能控制、直接瞬时转矩控制等控制策略。

基于换相过程的转矩控制策略该控制策略通过控制两相绕组的换向期间的两相的电流，达到输出较平滑电磁转矩的目的，但只能缓和SR电机在换向期间的转矩突变，并不能从根本上实现恒转矩控制。基于转矩分配函数的控制策略则从构建相电流波形出发，同时控制转矩分配策略的实质是通过定义转矩分配函数合理地分配与调节各相电流所对应的电磁转矩分量, 保证各相瞬时转矩之和为一恒值，然后通过矩角特性反演出各相电流指令；加以适当的控制策略实现电机的高性能控制。这种控制策略关键在于如何合理选择转矩分配函数[1，2，8-11]。智能控制一般包括模糊控制和神经网络控制。智能控制在数学本质上属于非线性控制，可以很好的解决SR电机的非线性。目前应用较多的智能控制策略有模糊控制和神经网络，国内国外学者都取得了一定成果。而直接瞬时转矩控制(DITC)是直接控制每一时刻的瞬时转矩跟随参考转矩值，依据瞬时转矩与参考转矩的偏差控制开关器件的开关。DITC控制更直接且简单，适用于动态性能要求高的场合，但有许多地方有待改进[3，6，8，12-20]。

开关磁阻电机控制策略的研究趋势

开关磁阻电机驱动系统(SRD)在近20年得到迅速发展，但SRD的控制精度和输出转矩脉动仍有很大的进步空间。目前开关磁阻电机的控制策略研究趋势主要有以下三个方面：

(1) 从控制的角度, 加强减小转矩脉动、降低噪声的研究；

(2) 研究具有较高动态性能，且控制算法简单的SRD 新型控制策略；

(3) 研究具有较强的鲁棒性、自适应性和自学习能力的SRD 智能控制算法。

3开关磁阻电机基本控制原理

开关磁阻电机的工作原理

SR电机为双凸极结构，其定、转子均由硅钢片叠压而成。其转子上既无绕组也无永磁体，定子上则绕有绕组，一般为集中绕组，由径向相对的两个绕组串联构成一相绕组。SR电机运行遵循“磁阻最小原则”，即磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合。当定子某项绕组通电时，若转子磁极轴线与定子磁极的轴线不重合，便存在由于磁力线扭曲而产生的切向磁拉力作用在转子，从而使转子向定子磁极的轴线方向运动或产生同