开关磁阻电机特性的最优控制.doc

开关磁阻电机特性的最优控制 K. Tomczewski, P. Wach 摘要：本文介绍开关磁阻电机的特性，为获得电机或电机模拟转换的最大效率和电磁转矩的最小波动。控制曲线的变量—开通角和关断角（或是导通角），以及每一项的电压都可以通过一个简单的数学模型估算来获得。集中参数测量的模型需要考虑电机的磁路饱和，并且功率变换器参数的选择要确保系统的低功耗。共调查研究了两种典型开关磁阻电机，定转子齿数比分别为Ns/Nr=8/6 和6/4,310电源整流供电。时间曲线可以从数学模型和电机特性的最优估算得出，而且可以通过某种特殊的测试平台来验证其有效性。 关键字：磁阻电动机，模型，控制 符号列表 D 粘性摩擦阻尼系数，单位Nms 第k相绕组反电动势，单位V Ik 第k相绕组电流，单位A J 转动惯量，单位kg/m2 L() 不考虑饱和时相绕组电感系数 L(,i) 考虑磁路饱和时相电感系数 m 相数 Ns/Nr 定转子极数比 n 转动速度 R 相绕组阻抗,W Ri 电流测量阻值，W Rk 第k相总阻抗，W Rs 电源阻抗，W RTDSat 饱和状态下晶体管漏源阻抗，W rD 二极管动态阻抗，W Te 电磁转矩，Nm Tl 负载转矩，Nm U k 每相电压，V U 磁阻电机电源电压，V Uav 每相平均电压，V on 开通角，rad off 关断角，rad z=on-off 导通角，rad stroke angle of the motor, rad s 电机效率 u 电机功率转换器效率 转子位置角 (,i) 饱和绕组系数函数 mp 转矩脉动占空比，% r=2p/Nr 转子极距角，rad k 步进角,rad (,i) 每相绕组磁链系数函数 角速度，rad/s 角加速度,rad/s2 绪论 对电力电子元件和设备的不断改进和其高速发展使得人们增强了对开关磁阻电机应用研究的兴趣。开关磁阻电机具有直流系列典型电机的特点，这使得它可以用于车辆的驱动部分。角速度的宽范围高效率调速使得它可以应用于大功率驱动和直流驱动。转子上无需供电并具有简单稳固的结构使得电机适用于超高速驱动。开关磁阻电机另一可取的特点是当电机停转时可直接控制电机的转子位置，也可以对开关磁阻电机进行转矩控制[2,6,7,10]。开关磁阻电机也有缺点，就是其在高速运行时会出现转矩脉动和振动[1]。 如图４所示，开关磁阻电机的一般功率变换结构都是一个不对称的半桥电路。电磁转矩的产生和电机定子绕组的电流方向无关，而且电机可实施平面的四象限运行。对导通相通电的顺序可以改变电机的转向，相导通角的位置，是在提前与极轴还是落后与极轴决定着电机的启动/制动模式。角度控制和扭矩控制依赖于一下三个变量：开通角()，关断角()，或是导通角 =－，相电压的控制方式是脉宽调制(PWM)模式。通过控制这三个变量，对他们不同的组合都可以在达到平面上的同一电机特性，但这会导致不同的电流，效率和转矩脉动[4, 5, 9, 10]。所以选择开关磁阻电机驱动系统的必备参数来找到最佳的控制特性是至关重要的。 在此论文中，研究用一种准最优控制方式控制开关磁阻电动机驱动来找到控制特性