基于MATLAB的开关磁阻发电机非线性建模与仿真.doc

基于MATLAB的开关磁阻 发电机非线性建模与仿真 胡鹏，杨玉岗，高奇 (辽宁工程技术大学 电气与控制工程学院, 葫芦岛 125105;) 摘 要:基于开关磁阻电机的非线性数学模型，利用Matlab/Simulink中的相关模块建立开关磁阻电机发电系统的非线性仿真模型。利用该模型对一台三相12/8结构样机进行了仿真，仿真结果证明了该模型的有效性。首先采用传统的PID控制建模，后设计了带有修正因子的模糊PID控制器,提高了系统的稳定性，改善了动态性能。仿真试验表明开关磁阻发电系统能够稳定地发出电压为220V的直流电。 关键词: 开关磁阻发电机；模糊控制；仿真；非线性电感； Study on Nonlinear modeling and Simulation of The Switched Reluctance Generator Using Matlab software Hu Peng, Yang Yu Gang，Gao Qi (Liaoning Technology University; College of Electrical and Control; Hulu dao 125105; China) Abstract: Based on the mathematical model of switched reluctance motor,a nonlinear modeling of switched reluctance generator is built up using relative blocks of Matlab/Simulink. A 3-phase 12/8 structure prototype SRM is simulated using the proposed mode1. the effectiveness of the model is demonstrated by the simulation result.Firstly, the traditional PID is used for this model,then designing the fuzzy controller with the correction factor adds to the PID model, This improves the system stability and dynamic performance. The simulation showed that SRG power generating system can stabilized issue the voltage of 220 VDC. Key words: switched reluctance motor；fuzzy control；simulation；nonlinear inductance；1 引 言 21世纪将进入风能发展的高速阶段,风力发电作为不受地域限制、可持续开发、不污染环境的理想能量来源从1978至今的二十五年中，得到了大力开发，并不断向多元化，设备大型化、实用化、高效化，成本的低廉化方向发展。 开关磁阻式风力发电系统采用开关磁阻发电机, 开关磁阻电机能量密度大，结构简单，可靠性高，没有去磁效应。系统在并网时没有电流冲击, 运行过程中，开关磁阻发电机可控参数多，如开通角、关断角等，可方便的实现比较复杂的控制策略，灵活的控制输出直流电压和电流, 但由于开关磁阻电机（SR电机）磁路的非线性，在运行期间其绕组电感不是常数，而是电流和转子位置角的复杂函数，难以用解析式来表达，因此在研究SR发电系统的控制方法时，建立一个能很好反映系统实际工况的非线形模型是十分必要的。 本文根据SRG的结构特点文献[1]将开关磁阻电机的电感进行傅利叶分解，去掉三次以上的谐波得到较为精确的SRG非线性电感模型，以非线性电感模型为基础,利用MATLAB仿真软件建立了开关磁阻发电系统的数学模型，以三相12/8结构样机为仿真对象，比较传统的PID控制和模糊PID控制的不同，采用公式型模糊控制方法，可以克服SRG变参数、变结构和非线性等因素，从而可以提高整个控制系统的鲁棒性，提高控制性能。 2非线性电感模型 SRG的电感是有关角度和电流的一个非线性复杂方程式，考虑到实际的应用，文献[1]中提出实际SRD的电感解析表达式为： 用五个系数就可以精确的表示SR电机的非线性电感。表示电感随转子位置变化的常数，系数为电感随相绕组电流i变化的常数。是电感曲线的初相角。根据文献[2~3]中的方法可得到本文研究的5kW、220V、三相（12/8极）SRG的系数. SRG的非线性数学模型 忽略铁心损耗及相间互感可得SRG的数学模型为[3]： 式中