开关磁阻电机转矩脉动抑制控制研究

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开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)因其具有结构简单、运行可靠、起动转矩大、调速范围宽、效率高以及可在恶劣环境中工作等众多突出优点,目前已在焦炭工业、农业、航空业和家电行业等各个领域中得到广泛应用,然而开关磁阻电机存在转矩脉动大的缺点。为此,本文从电机的控制入手,提出了一种基于立方型TSF的SRM直接转矩控制,从而达到减小转矩脉动的效果。本文进行了如下几个方面的研究:为抑制SRM的转矩脉动,本文提出SRM直接转矩控制,通过使用有限元法对SRM进行电磁特性分析,探究出SRM产生转矩脉动的原因,同时得到后续控制模型中所需要的非线性电磁数据,如磁链、电感和转矩等,并利用查表法建立了精确的SRM本体模型,基于MATLAB/Simulink软件搭建了SRM直接转矩控制系统仿真模型,进行不同工况下的仿真研究,结果表明:与电流斩波控制相比,在3000r/min、负载为1N·m时,转矩脉动由原来的166.71%降低至98.56%;当负载为1.5N·m时,转矩脉动由原来的150.63%降低至85.98%。直接转矩控制虽然可以减少SRM的转矩脉动,但存在换相区转矩脉动仍然很大的问题,且在运行时会产生负转矩。针对SRM直接转矩控制存在的问题,本文对直接转矩控制进行改进,提出将直接转矩控制与立方型转矩分配函数结合的控制方法,并将原来的6扇区细分为12扇区,每个扇区相隔/6,同时增加过渡电压矢量优化开关表,使磁链轨迹更接近于圆形,采用转矩、磁链双闭环的控制方式对SRM进行控制。并基于MATLAB/Simulink进行仿真试验,仿真结果表明:与直接转矩控制相比,在3000r/min、负载为1N·m时,转矩脉动由原来的98.56%降低至21.24%;当负载为1.5N·m时,转矩脉动由原来的85.98%降低至19.05%,大大降低了转矩脉动。为验证理论的正确性,本文进行了平台控制系统硬件和软件的设计,并进行实验研究,实验结果表明:与电流斩波控制和直接转矩控制相比,当电机转速为3000r/min,负载分别为1N·m和1.5N·m时,对应的转矩脉动分别为26.84%和19.28%,验证了所提出控制方法的有效性。
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