基于无源控制的开关磁阻电机控制方法分析-机械工程专业论文.docxVIP

摘 要 摘 要 开关磁阻电机驱动系统（Switched Reluctance Drive System，SRD）具有坚固 的电机结构，转子无永磁体无绕组，调速范围宽广等优点，在变速驱动领域内被 视为常规驱动器的可靠替代品。现阶段开关磁阻电机应用领域主要有电动车辆驱 动，牵引电机，飞机起动/发电系统，煤矿石油钻井机械驱动，家用电器等。 开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，SRM）具有高度非线性且多变量 耦合的电磁特性，如磁链、电感、瞬时转矩等都是与转子位置角和相电流相关的 非线性函数，并且存在转矩脉动这一固有缺点。因此，尽管开关磁阻电机机械结 构简单，却需要复杂的计算和控制算法。在本文中，提出了一种基于无源控制 （Passivity-baesd Control，PBC）的开关磁阻电机控制方法，主要工作如下： 首先，基于开关磁阻电机系统的无源性，将电机模型分解为电气无源系统和 机械无源系统的负反馈互联。在各种 SRM 非线性建模技术中选择了一种非线性磁 链模型，并在此基础上给出电气子系统的欧拉-拉格朗日方程。接着，设计级联的 控制器结构，外环实现转速控制，内环实现转矩控制。在外环上采用单神经元自 适应 PID 速度控制器，以生成参考转矩指令，与常规 PID 控制器比较，能够实现 高性能的速度控制。然后，内环上基于电气子系统的欧拉-拉格朗日方程，采用无 源控制方法设计了一个非线性电流反馈控制器，用于产生功率变换器中开关管的 触发信号。最后，根据提出的控制方法在 SIMULINK 下仿真建模验证，结果表明 该控制器能使电机有效跟踪给定的转速指令，并能抑制转矩脉动。 这一非线性控制器不同于以信号分析控制角度设计的控制器，而是以能量整 形与控制角度设计得到的。该控制器解决了转速/转矩跟踪问题，控制过程遵循以 下三步：第一，转速控制器给出参考转矩指令；第二，计算参考电流值以确保转 矩跟踪；第三，基于无源控制的电压 PWM 控制器实现电流跟踪控制。其特点在于 充分考虑到定子绕组的磁链饱和效应，并且采用转矩分配函数以抑制转矩脉动。 设计过程中采用系统无源性及能量耗散性等观点，给出了相应电压控制律的数学 形式，成功将无源控制应用到开关磁阻电机控制中，对开关磁阻电机的新型控制 方法研究具有重要意义。 关键词：开关磁阻电机，无源控制，转矩分配函数法，非线性建模，单神经元自 适应 PID I ABSTRACT ABSTRACT The switch reluctance motor drive system has been considered as a possible alternative to the conventional drives in several variable speed drive applications because of its advantages. Rugged motor structure and absence of magnets,rotor conductors and brushes along with the fault tolerant operation of the inverter, enable a very wide speed range. Recent literature shows that SRM derives are suitable for electric vehicles, electric traction applications, automotive applications, aircraft starter/generator systems, mining drives, washing machines, door actuators and etc. Because of saturation effect and variation of magnetic reluctance, all of significant characteristics of the SR motors such as flux linkage, inductance, back EMF and phase torque are highly nonlinear functions of both rotor position and phase current. Therefore, in spite of the simple mechanical construction, they need complex algorithms for commutation and control. In this paper, the