基于自抗扰技术的开关磁阻电机开通角优化策略

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开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)因调速范围宽、驱动效率高、生产成本低等优点,在电动汽车、家用电器和工业生产中得到了广泛的研究与应用。但是由于本身固有的双凸极结构和非线性的电磁特性,使得SRM在运行过程中存在噪声与转矩脉动大、电流峰值高等缺点,严重制约了SRM的推广。针对上述问题,本文以一台三相6/20结构开关磁阻电机为研究对象,提出一种根据电机转速自适应改变开通角的优化策略,以抑制转矩脉动和降低电流峰值,基于自抗扰控制技术(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)进一步优化电机的调速系统,并搭建实验测试平台对样机进行实验分析,验证所提出方法的有效性。主要研究内容如下:(1)介绍了开关磁阻电机结构、工作原理和数学模型,将传统直接瞬时转矩控制(Direct Instantaneous Torque Control,DITC)引入了SRM控制系统。因为开通角的选择对电机性能有着重要影响,所以本文在传统DITC策略的基础上,通过数学公式推导,提出了一种根据转速自适应获得最优开通角的优化方法。建立等效数学模型进行仿真实验,对比分析在不同转速下开通角优化前后DITC策略的电流与转矩图形的差异,结果证明该优化策略抑制了转矩脉动,减小了电流有效值、峰值,提高了电机效率。(2)为了进一步提升电机控制的精度和稳定性,在完成上述开通角DITC优化策略的前提下,用自抗扰控制技术代替了传统DITC中的PID控制技术。随后搭建ADRC模型,并将其引入DITC控制系统模型进行仿真实验,进行了转矩检测与电机启动、变速时转速测量实验。结果证明自抗扰技术应用于SRM调速系统,可以提高电机的稳定性能。(3)以STM32芯片为主控芯片,搭建SRM性能测试平台,并对SRM各项性能进行测试。设计硬件电路包括:功率变换电路、驱动电路、位置检测电路等外围电路;用Keil 5平台进行编程进行软件设计,主要介绍了主程序和转速、电流环子程序等。利用上述平台进行实验,实验结果验证了课题的有效性。
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