开关磁阻电机转矩脉动抑制研究

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开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)是近二十年来发展起来的一种新型调速系统,定子上有集中绕组,转子上既无绕组也无永磁体,拥有坚固耐用、成本低、转速范围宽、容错性强等优势,在一些经常频繁起停、正反转运行的场合,得到了推广应用。但由于SRM双凸极结构和电感高度非线性的原因,开关磁阻电机在工作时特别是低速运转时会产生严重的转矩脉动,限制了它的应用与发展。电机转矩脉动可通过优化电机本体结构与改善控制策略来进行抑制,本文主要从控制策略着手进行了研究,以提高开关磁阻电机调速系统的整体性能。首先本文学习了开关磁阻电机的运行原理,分析了开关磁阻电机转矩脉动产生的原因,决定选用直接转矩控制方法来减小转矩脉动。论文阐述了开关磁阻电机直接转矩控制的基本理论,说明了电压空间矢量的建立过程,在此基础上使用MATLAB/SIMULINK软件建立了双闭环开关磁阻电机直接转矩控制仿真模型,结果表明与常规的电流斩波控制策略相比,直接转矩方法可以更好地抑制电机转矩脉动。为了进一步提高实用性,本文在传统的开关磁阻电机直接转矩控制策略的基础上,结合模糊控制理论设计了模糊自适应PID控制器,替代了原有的固定参数PID系统,改善了固定参数PID在面对非线性、控制参数变化时的系统调节能力不足的缺点。仿真结果验证了新系统的响应速度与调节精度均优于传统PID方法,提高了系统的动、静态性能,并且增强了系统的抗扰动性和自适应性。同时本文针对常规的直接转矩控制技术中磁链参考值固定使得开关磁阻电机定子电流有效值过大、电机铜损大的缺点,结合上述模糊自适应技术,分析对比了不同磁链对系统性能的影响,给出了给定磁链与转矩两者的关联,提出了一种变磁链的模糊直接转矩控制改进方法,并搭建了模型。仿真结果表明本文所提的变磁链的控制方法能降低稳态时定子电流幅值,减小电机损耗并抑制转矩脉动。论文还进一步研究了电机起动过程中定子电流幅值过大的问题,在上述方法中加入了电流控制模块,可以降低起动时电流的幅值,提高系统的整体性能。综上,本文围绕开关磁阻电机直接转矩控制技术展开了深入研究,设计了模糊自适应PID控制模型,提出了变磁链的直接转矩控制改进方法,并增加了电流控制模块以提高电流控制能力,论文使用MATLAB建立了模型,给出了部分仿真结果,进一步验证了本文所提控制策略的可行性。
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