开关磁阻电动机调速系统的仿真与开发研究

【摘要】开关磁阻电动机调速系统是继传统交、直流调速系统之后逐步发展起来的新一代调速系统，如今在许多电动机驱动领域都有着广泛的应用。与交流和直流电动机相比，开关磁阻电动机具有结构更加简单、成本更加低廉、控制更加灵活等诸多优点，引起了国内外专家与学者的广泛关注。然而特殊的双凸极结构和开关式的供电方式使得开关磁阻电动机的磁链、电流等高度非线性化，转矩脉动问题也尤为严重，这不仅增加了其控制难度，还制约了其应用场合。因此，开展开关磁阻电动机调速系统的研究工作对于在现实中推广其应用具有非常重要的意义。本文首先基于开关磁阻电动机的基本结构和运行原理，介绍了它的数学模型和传统控制方法，并且在MATLAB/Simulink环境下对传统电流斩波控制方法下的三相6/4极开关磁阻电动机的线性模型、非线性模型以及四相8/6极开关磁阻电动机的非线性模型分别进行了仿真研究，比较了线性模型与非线性模型两者间的优缺点，对不同相数的开关磁阻电动机之间的性能差异也进行了分析。其次，本文基于开关磁阻电动机直接转矩控制方法的基本原理，研究了四相8/6极开关磁阻电动机电压矢量的选取规则和磁链矢量的计算方式，提出了一种适用于任意相开关磁阻电动机的扇区判断方法，并且在MATLAB/Simulink环境下利用Simulink模块实现了四相8/6极开关磁阻电动机的直接转矩控制，通过仿真以及与传统控制方法的对比证明了该方法在磁链控制以及抑制转矩脉动方面有着显著的效果。然后，借鉴国内外开关磁阻电动机的硬件设计方案，本文开发了一套开关磁阻电动机调速系统，并对系统硬件电路的原理、特性和软件程序的功能、流程等做了详尽的介绍。其中系统的硬件电路包括以数字信号处理器TMS320F2812PGFA为核心的控制电路，以及由整流电路、功率变换主电路、光隔与触发电路、电流检测电路组成的功率驱动电路；而系统的软件程序则由下位机DSP控制程序和上位机LabVIEW操作界面两部分组成。最后，基于所开发的实验平台对开关磁阻电动机调速系统进行了多项实验研究，比较了高电压直接启动和缓慢升压启动这两种启动方式的优缺点。此外，论文实现了开关磁阻电动机的速度控制和转矩控制，实验结果验证了所开发的开关磁阻电动机调速系统软、硬件设计的正确性和有效性。本文的研究为开关磁阻电动机进一步的理论和实验研究提供了良好的基础。
【作者】俞枭辰；
【导师】王家军；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，控制理论与控制工程，2014，硕士
【关键词】开关磁阻电动机；建模与仿真；非线性模型；直接转矩控制；数字信号处理器；

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