开关磁阻电机控制系统
摘要:开关磁阻电机(SRM)是一种新型调速电机，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代调速系统。它的结构简单坚固，调速范围宽，系统可靠性高,可以进一步提升系统的安全稳定性。
关键词：驱动系统；电动机；开关磁阻电机
1引言
开关磁阻电机是SRD系统中实现能量转换的部件,也是SRD系统有别于其他电动机驱动系统的主要标志。与反应式步进电机相似,SR电机系双凸极源可变磁阻电动机,其定,转子的凸极均由普通硅钢片叠压而成,且定,转子极数不同。定子上装有简单的集中绕组,转子只由叠片构成,没有绕组和永磁体。功率变换器向SR 电机提供运转所需的能量,由蓄电池和交流电整流后得到知的直流电供电。控制器是系统的中枢。它综合处理速度指令,速度反馈信号及电流传感器,位置传感器的反馈信息,控制功率变换器中道主开关器件的工作状态。
2电动机的种类区分
如今最常使用的电动机分别有一下四类
（1）直流电动机
直流电动机的成本低廉、电路简单、易于实现平滑调速，同时有着良好的四象限运行能力，满足用于电动汽车的部分需求。
然而传统直流电机存在机械换向器和电刷，运行中会产生电火花和电磁辐射，从而干扰到车辆的电子控制系统，不利于车联网体系的建立。除此之外，机械换
向器有着极为复杂的结构，难以简单制造且使车速到达高速。
（2）交流感应电机
交流感应电机一般采用六用鼠笼型的结构，对比与其他电机，三相鼠笼型电
动机成本较低，运行效率高，拥有良好的可靠性的同时便于维修的优点，而且体
积小。通过一定的控制策略，，交流感应电机也可以实现类似于直流电机的良好
调速特性。但与此同时，交流感应电机用电量大，在使用过程中发热严重，调
速性能不佳，控制系统复杂且需要一定的成本。
（3）无刷永磁电机
永磁电机是一种高性能新兴电机。永磁无刷直流电机结构中不含换向器和电刷，这样一来永磁电机一方面继承了直流电机优秀的调速性能又避免了机械换向
器和电刷带来的负面影响。相较于此前介绍的几种电机，永磁电机有更高的功率
和转矩，极限转速高、制动性能好。散热性能更好。加之永磁电机也具有优异的
四象限运行能力，使得永磁电机作为较晚出现的电动车用电机却后来者居上，近
些年来表现出越来越迅猛的发展势头。然而，在应用反面永磁电机有几个不可回
避的缺点。其一，永磁材料受温度影响大，在大电流负载时，温度的上升会导致
永磁材料性能下降。其二、受限于转子磁轭与定子之间安装的机械强度，永磁电
机难以承受高速运行状态。其三、稀土永磁体的价格昂贵，导致永磁电机的制造
成本上升。其四、大型稀土永磁体会吸引周围飞散的金属碎屑，对电极稳定运行
不利。其五、受限于自身的结构及材料特点，永磁电机难以获得高于基速两倍及
以上的转速。这些问题在实际应用中限制了永磁电机的适用范围。
（4）开关磁阻电机
开关磁阻电机（SRM）是一种双凸极变磁阻电机，转子不含永磁体而是由硅
钢片叠压而成。从结构上来看对比与其他电机，开关磁阻电机相对较为稳定，并
且在转速、转矩方面的调速范围更广，并且在可靠性已经稳定方面，开关磁阻电
机也有着相对的优势。此外，对于控制和四象限运行方面所需的功能，开关磁阻
电机能够更加容易且灵活大实现。
3开关磁阻电机控制方式
现如今最常使用的的开关磁阻电机的控制方式主要有一下三种控制：
（1）电流斩波控制
（2）电压斩波控制
（3）角度位置控制
而在这三种控制方式中开关磁阻电机的绕组电流是不连续的，在每个导通周
期内，绕组电流都会从零开始上升然后下降到零等待下一次开通。由此可以将这
三种控制方式归结为电流断续控制模式加以分析。电流连续导通模式即在导通周
期内相电流维持在零以上，不会降为零也不会从零开始上升。在电流断续导通控
制下，如果电机工作在高速，反电动势和绕组阻抗增大，那么相电流值的增长将
会遇到瓶颈甚至降低。这对电机转速范围的进一步提升是一种阻碍。因此可以认为，电流连续导通模式是对电流断续导通模式的一种补偿，是对电机整体调速范
围的一种扩充，完善了电机从低速、中高速到高速的速度范围。
4开关磁阻电机在汽车发动机中的作用
对于电动汽车，电动机需满足以下要求
（1）电机要频繁启动，停止、加减速。速度改变范围要宽，变速是要平稳
迅速，复杂路况下要也要有优秀的控制性能。在速度较低时能提供足够大的转矩，以满足电动汽车上下坡、启停的要求。除此之外，高速运行时电机还需要能提供
足够高且稳定的转速，以满足平稳运行的要求。
（2）电动汽车的电机在多种运行情况以及范围广的功率变换范围内都需要
能高效运转。除了电动机，其控制系统包括控制器、功率变换器、传动装置都需
要高效率，从而增加汽车运行的稳定性以及减少开车时的油耗
（3）需要极快的反应速度、良好的加速性能、优越的过载能力从而适应电
动汽车运行时路况的变化。
（4）电机及其控制系统足够稳定，有较强的容错性，能承受瞬间的大电流
冲击以提供足够大的起动转矩。
（5）电机体积要适当，重量不能过大，以满足电动车车体大小的需要。
（6）电机本身的制造要求十分严格，作为汽车使用不仅需要考虑振动，过
热等运行时及其容易出现的现象，同时也要做好在恶劣环境中行驶时尘埃，雨水，已经各种腐蚀物的影响。
（7）对于制造厂商来说，需要电机的成本足够低廉，此外结构简单，便于
制造与维修，稳定性要好，减少机器损坏的可能性。
而开关磁阻电机基本满足以上需求，因此在电动车的使用中有着重大意义。
5结束语
随着如今现代电机控制系统的不断发展，随着传统电机的不断淘汰，开关磁
阻电机的占比已经越来越高。因此，对于开关磁阻电机进行进一步的研究与优化
无疑是一项非常有潜力的课题，在电机系统的运行构建过程中，我们也应该优先
考虑开关磁阻电机的使用，从而构建更加高效的电机系统。
参考文献：
[1] 李勇电动汽车开关磁阻电机驱动控制系统[J] 科学信息化 2017
[2] 段秉龙, 李继生, 李文刚. 开关磁阻电机控制系统仿真建模研究[J].
自动化与仪表, 2008(02):28-31.
[3]王永艳,刘武发.开关磁阻电机驱动控制系统设计[J].机械工程与自动
化,2017(04):176-178.
[4] 尚巍.开关磁阻电机驱动（SRD）系统概述[J].电子技术与软件工
程,2020(01):201-203.
开关磁阻电机的原理及其控制系统 开关磁阻电机80年代初随着电力电子、微电脑和控制理论的迅速发展而发展起来的一种新型调速驱动系统。具有结构简单、运行可靠、成本低、效率高等突出优点，目前已成为交流电机调速系统、直流电机调速系统、无刷直流电机调速系统的强有力的竞争者。 一、开关磁阻电机的工作原理 开关磁阻电机的工作原理遵循磁磁阻最小原理，即磁通总是要沿着磁阻最小路径闭合。因此，它的结构原则是转子旋转时磁路的磁阻要有尽可能大的变化。所以开关磁阻电动机采用凸极定子和凸极转子的双凸极结构，并且定转子极数不同。 开关磁阻电机的定子和转子都是凸极式齿槽结构。定、转子铁芯均由硅钢片冲成一定形状的齿槽，然后叠压而成，其定、转子冲片的结构如图1所示。
图1：开关磁阻电机定、转子结构图 图1所示为12/8极三相开关磁阻电动机，S1. S2是电子开关，VD1, VD2 是二极管，是直流电源。 电机定子和转子呈凸极形状，极数互不相等，转子由叠片构成，定子绕组可根据需要采用串联、并联或串并联结合的形式在相应的极上得到径向磁场，转子带有位置检测器以提供转子位置信号，使定子绕组按一定的顺序通断，保持电机的连续运行。电机磁阻随着转子磁极与定子磁极的中心线对准或错开而变化，因为电感与磁阻成反比，当转子磁极在定子磁极中心线位置时，相绕组电感最大，当转子极间中心线对准定子磁极中心线时，相绕组电感最小。 当定子A相磁极轴线OA与转子磁极轴线O1不重合时，开关S1, S2合上，A 相绕组通电，电动机内建立起以OA为轴线的径向磁场，磁通通过定子扼、定子极、气隙、转子极、转子扼等处闭合。通过气隙的磁力线是弯曲的，此时磁路的
开关磁阻电机控制系统设计与仿真 范盼飞;张团善;杨斌;王国庆;何文莉 【摘要】In order to improve the speed-governing performance of the switched reluctance motor at different speeds and reduce the torque ripple,a control system of switched reluctance motor is designed.A high-performance DSP (TMS570LS1227) being used as the main control chip,magnetic encoder AS5040 measures the rotor position,the gate driver IR2130 receives six-way PWM waves and controls IBGT tube off and on.The current tracking control is adopted at low speed,and the phase voltage PWM chopping control at medium and high speed.Under the Matlab/Simulink environment the linear system model is simulated,and a real machine debugging conducted with a switched reluctance motor,which proves the system runs smoothly with a high-speed performance,and can also effectively inhibit torque ripple and noise of the switched reluctance motor.%为了提高开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor)在不同速度运转时的调速性能,降低转矩脉动,设计了一款开关磁阻电机控制系统.控制系统采用高性能DSP(TMS570LS1227)作为主控芯片,磁编码器AS5040测定转子位置,门极驱动器IR2130接收六路PWM波控制IBGT管的通断.低速运行时采用电流跟踪控制,中、高速时采用相电压PWM斩波控制,在 Matlab/Simulink环境下对系统线性模型进行了仿真,并对一台开关磁阻电机进行实机调试.测试结果证明所设计系统运行平稳,调速性能优良,能有效地抑制开关磁阻电机的转矩脉动和噪声.
江苏大学硕士学位论文 摘要 开关磁阻电机是上世纪70年代发展起来的新型调速电机，具有结构简单坚固、起动性能好、成本低、容错性好、可四象限运行等突出优点。ISAD（Integrated Starter Alternator Damper）系统是混合动力汽车中起动、助力、发电、阻尼多功能一体化的系统。将开关磁阻电机应用于混合动力汽车ISAD系统，可提高汽车整车性能，降低汽车油耗和排放，具有很好的应用前景和研究价值。 本文以12/10结构开关磁阻电机在混合动力汽车ISAD系统中的应用为研究背景，重点研究了开关磁阻电机在起动、助力、发电状态的运行控制。结合开关磁阻电机的数学模型，分析了开关磁阻电机在电动与发电状态下的运行特点。根据ISAD系统的性能要求，分别提出了开关磁阻电机在起动、助力、发电三种工作模式下的控制方法。在此基础上，构建了开关磁阻电机的ISAD系统实验平台，设计了开关磁阻电机的控制软件。所设计的开关磁阻电机ISAD系统，通过对不同状态下反馈输入，判断运行状态并根据所在状态调节控制参数。能够在一定负载下带载起动；在助力状态下以效率最优和转矩最优模式为发动机助力；在发电状态，能够为蓄电池提供恒流和恒压两种模式的闭环充电。实验证明，研究的开关磁阻电机ISAD系统运行控制方法性能良好，具有很好的应用前景。 关键词：开关磁阻电机，ISAD，混合动力汽车，DSP I
江苏大学硕士学位论文 AΒSTRACT Switched Reluctance Motor（SRM）is a novel drive machine developed since 1970s, with the inherent characteristics of simple and rugged construction, good start performance, low-cost, fault tolerant and four-quadrant operation capability,. Integrated Starter Alternator Damper (ISAD）is a system within Hybrid Electrical Vehicle (HEV), combining the starter, alternator, and Damper. The application of SRM in ISAD is prospective for .well performances of the whole HEV, lower oil consumption and emission. Focused on a 12/10 SRM applied in ISAD for HEV, the control scheme of SRM is studied. Considering the mathematical model of SRM, the characteristics of SRM in the motor and generator operation are analyzed . According to the performance requirement of ISAD, control strategies of SRM in starter, booster and Alternator modes are presented respectively. Then the SRM-based ISAD experimental platform is established, the control software is also designed. The designed system recognizes running mode with the current and voltage feedback, and then adjusts control parameters accordingly. When in starter mode, it starts with load to idle speed. When in boost mode, it boosts the engine with efficiency and torque optimum. When in alternator mode, it charges battery with current-constant mode or voltage-constant mode. The experimental results illuminates the performances of the designed ISAD system based on SRM and justify the presented control strategy. KEY WORDS: SRM , ISAD , HEV , DSP II
开关磁阻电机驱动系统的运行原理及应用二 低轴阻发电机参考资料 1 引言 开关磁阻电机驱动系统SDR具有一些很有特色的优点:电机结构简单、坚固、维护方便甚至免维护,启动及低速时转矩大、电流小;高速恒功率区范围宽、性能好,在宽广转速和功率访问内都具有高输出和高效率而且有很好的容错能力;这使得SR电机系统在家用电器、通用工业、伺服与调速系统、牵引电机、高转速电机、航空航天等领域得到广泛应用; SR电机是一种机电能量转换装置;根据可逆原理,SR电机和传统电机一样,它既可将电能转换为机械能—电动运行,在这方面的理论趋于成熟;也可将机械能转换为电能—发电运行,其内部的能量转换关系不能简单看成是SR电动机的逆过程;本文将从SR电机电动和发电运行这两个角度阐述SR电机的运行原理; 2 电动运行原理 转矩产生原理控制器根据位置检测器检测到的定转子间相对位置信息,结合给定的运行命令正转或反转,导通相应的定子相绕组的主开关元件;对应相绕组中有电流流过,产 生磁场;磁场总是趋于“磁阻最小”而产生的磁阻性电磁转矩使转子转向“极对极”位置;当转子转到被吸引的转子磁极与定子激磁相相重合平衡位置时,电磁转矩消失;此时 控制器根据新的位置信息,在定转子即将达到平衡位置时,向功率变换器发出命令,关断 当前相的主开关元件,而导通下一相,则转子又会向下一个平衡位置转动;这样,控制器根据相应的位置信息按一定的控制逻辑连续地导通和关断相应的相绕组的主开关,就可产 生连续的同转向的电磁转矩,使转子在一定的转速下连续运行;再根据一定的控制策略控制各相绕组的通、断时刻以及绕组电流的大小,就可使系统在最隹状态下运行;
开关磁阻电机控制系统 摘要:开关磁阻电机(SRM)是一种新型调速电机，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代调速系统。它的结构简单坚固，调速范围宽，系统可靠性高,可以进一步提升系统的安全稳定性。 关键词：驱动系统；电动机；开关磁阻电机 1引言 开关磁阻电机是SRD系统中实现能量转换的部件,也是SRD系统有别于其他电动机驱动系统的主要标志。与反应式步进电机相似,SR电机系双凸极源可变磁阻电动机,其定,转子的凸极均由普通硅钢片叠压而成,且定,转子极数不同。定子上装有简单的集中绕组,转子只由叠片构成,没有绕组和永磁体。功率变换器向SR 电机提供运转所需的能量,由蓄电池和交流电整流后得到知的直流电供电。控制器是系统的中枢。它综合处理速度指令,速度反馈信号及电流传感器,位置传感器的反馈信息,控制功率变换器中道主开关器件的工作状态。 2电动机的种类区分 如今最常使用的电动机分别有一下四类 （1）直流电动机 直流电动机的成本低廉、电路简单、易于实现平滑调速，同时有着良好的四象限运行能力，满足用于电动汽车的部分需求。
然而传统直流电机存在机械换向器和电刷，运行中会产生电火花和电磁辐射，从而干扰到车辆的电子控制系统，不利于车联网体系的建立。除此之外，机械换 向器有着极为复杂的结构，难以简单制造且使车速到达高速。 （2）交流感应电机 交流感应电机一般采用六用鼠笼型的结构，对比与其他电机，三相鼠笼型电 动机成本较低，运行效率高，拥有良好的可靠性的同时便于维修的优点，而且体 积小。通过一定的控制策略，，交流感应电机也可以实现类似于直流电机的良好 调速特性。但与此同时，交流感应电机用电量大，在使用过程中发热严重，调 速性能不佳，控制系统复杂且需要一定的成本。 （3）无刷永磁电机 永磁电机是一种高性能新兴电机。永磁无刷直流电机结构中不含换向器和电刷，这样一来永磁电机一方面继承了直流电机优秀的调速性能又避免了机械换向 器和电刷带来的负面影响。相较于此前介绍的几种电机，永磁电机有更高的功率 和转矩，极限转速高、制动性能好。散热性能更好。加之永磁电机也具有优异的 四象限运行能力，使得永磁电机作为较晚出现的电动车用电机却后来者居上，近 些年来表现出越来越迅猛的发展势头。然而，在应用反面永磁电机有几个不可回 避的缺点。其一，永磁材料受温度影响大，在大电流负载时，温度的上升会导致 永磁材料性能下降。其二、受限于转子磁轭与定子之间安装的机械强度，永磁电 机难以承受高速运行状态。其三、稀土永磁体的价格昂贵，导致永磁电机的制造 成本上升。其四、大型稀土永磁体会吸引周围飞散的金属碎屑，对电极稳定运行 不利。其五、受限于自身的结构及材料特点，永磁电机难以获得高于基速两倍及 以上的转速。这些问题在实际应用中限制了永磁电机的适用范围。 （4）开关磁阻电机 开关磁阻电机（SRM）是一种双凸极变磁阻电机，转子不含永磁体而是由硅 钢片叠压而成。从结构上来看对比与其他电机，开关磁阻电机相对较为稳定，并 且在转速、转矩方面的调速范围更广，并且在可靠性已经稳定方面，开关磁阻电
开关磁阻电机控制原理 首先，让我们来了解SRM的工作原理。SRM由铁心、定子和转子组成，其中定子是由若干个相间的线圈组成，而转子则是由多个齿隙组成。当施 加电流到定子线圈时，线圈产生磁场并吸引转子上的磁极，使得转子转动。与其他类型的电机相比，SRM没有永磁体，因此其转子结构更简单。 1. 电流控制（Current Control）： SRM的电流控制是通过施加电流来控制电机的转矩和速度。首先需要 测量电机的位置和速度，以便根据实际情况调整电流。通常使用位置传感 器（如霍尔传感器）来测量转子位置，然后通过计算得到电机的速度。基 于这些测量结果，控制器可以确定如何调整电流的大小和方向，以实现所 需的转矩和速度。 在电流控制过程中，还需要考虑到电机的特性和限制。例如，如果电 流过大，可能会导致电机过热或损坏。因此，控制器需要根据电机的额定 电流和温度来限制电流的大小。此外，还需要考虑到电机的响应时间，以 确保电流调整的快速性和准确性。 2. 位置控制（Position Control）： SRM的位置控制是用于确定和保持转子的精确位置。在SRM中，转子 的位置是由电流和磁场之间的相对位置决定的。通常使用位置传感器（如 霍尔传感器或编码器）来测量转子位置，并将这些位置信息传递给控制器。控制器使用这些位置信息来调整电流的大小和方向，以将转子移动到所需 的位置。 在位置控制过程中，控制器需要根据转子的位置误差来决定调整电流 的方向和大小。通常使用位置反馈控制算法（如PID控制）来实现这一目
标。控制器将位置误差和其他参数（如转子惯性、负载和电机特性）纳入考虑，并根据算法的要求来调整电流。在实际应用中，位置控制通常需要考虑到转子位置的精确性以及抗干扰和鲁棒性等问题。 总结起来，开关磁阻电机的控制原理主要包括电流控制和位置控制两个方面。电流控制用于调整电机的转矩和速度，而位置控制用于确定和保持转子的精确位置。控制器根据电机的特性和限制，使用合适的控制算法来实现所需的控制效果。通过合理的电流和位置控制，可以使SRM具备优秀的性能和可靠性，适用于各种应用场景。
开题报告-开关磁阻电机数字控制系统设计 开题报告电气工程及自动化开关磁阻电机数字控制系统设计一、前言开关磁阻电机结构简单、成本低、容错性高、功率密度高能够高速运行，并且它能方便地实现起动和发电双功能，因此，目前越来越广泛的应用于航空和汽车上的起动／发电系统。开关磁阻电机具有很大的发展潜力。 二、主题（一）、开关磁阻电机的发展概述“开关磁阻电机”一词源于美国学者S.A.Nasar 1969年所撰论文，它描述了这种电机的两个基本特征：开关性和磁阻性。20世纪80年代以来，越来越多的学者开始关注开关磁阻电机，并对此进行了大量的研究。美国空军和GE公司联合开发了航空发动机用SRD电机系统，有30KW、270V、最大转速为52000r/min和250KW、270V最大转速为23000r/min两种规格。加拿大、前南斯拉夫在SR电机的运行理论电磁场分析上做了大量研究工作。一些学者还研究了盘式SRM/外转子式SRM、直线式SRM和无位置传感器SRM等新型结构的电机。 1984年开始，我国许多单位先后开展了SR 电机的研究工作且SRM被列入中小型电机“七五”科研规划项目。在借鉴国外经验技术的基础上，我国的SR电机研究技术进展很快。近
年来，中国在开关磁阻电机的研发方面取得了很大的进步例如南京航空航天大学开发了 3KW、6KW 及 7.5KW 三套原理样机，电机采用的是风冷形式。但在大功率方面的研究还很少，仅有原理样机方面的仿真。 （二）、开关磁阻电机的优缺点开关磁阻电机结构简单，性能优越，可靠性高，覆盖功率范围10W~5MW的各种高低速驱动调速系统。使得开关磁阻电机在各种需要调速和高效率的场合均能得到广泛使用（电动车驱动、通用工业、家用电器、纺织机械、电力传动系统等各个领域）。 其结构简单，价格便宜，电机的转子没有绕阻和磁铁。 （1）转矩方向与电流方向无关，只需单方相绕阻电流，每相一个功率开关，功率电路简单可靠，可降低系统成本。 （2）易于实现各种再生制动能力。 （3）定子线圈嵌装容易，热耗大部分在定子，易于冷却，效率高，损耗小，允许有较大的温升。 （4）转子上没有电刷，结构坚固，适用于危险环境，控制灵活。 （5）调速范围宽，控制灵活并且输出效率很高。 （6）电机的绕组电流方向为单方向，控制电路简单，具有较高的经济性和可靠性，转子的转动惯量小，有较高转矩惯量比。
SRD开关磁阻电机驱动系统控制原理 SRD (Switched Reluctance Drive) 开关磁阻电机驱动系统是一种采 用交绕、直流偏置磁通和数字控制技术的新型电机驱动系统。相比于传统 的电机驱动系统，SRD系统具有简单的结构、高效的转换特性和灵活的控 制模式。本文将通过以下几个方面介绍SRD开关磁阻电机驱动系统的控制 原理。 1.SRD系统的基本结构 2.SRD系统的工作原理 SRD系统在运行时，通过控制定子线圈的电流方向和大小来控制电机 的转矩和转速。当定子线圈通电时，在铁心片之间产生磁场，吸引转子中 的铁心片。通过改变定子线圈的电流方向和大小，可以控制吸引和排斥转 子铁心片的力，从而控制电机的转矩。 3.SRD系统的控制模式 SRD系统采用数字控制技术，可以灵活地选择不同的控制模式。常见 的控制模式包括速度闭环控制、转矩闭环控制和位置闭环控制。速度闭环 控制通过测量电机的转速，并根据设定值调整电流的大小和方向来控制转速。转矩闭环控制通过测量电机的转矩，并根据设定值调整电流的大小和 方向来控制转矩。位置闭环控制通过测量电机的位置，并根据设定值调整 电流的大小和方向来控制位置。 4.SRD系统的控制策略 SRD系统采用先进的控制策略，如模糊控制、PID控制和自适应控制。在速度闭环控制模式下，可采用PID控制策略，根据转速误差和误差的变
化率来调整电流的大小和方向。在转矩闭环控制模式下，可采用自适应控 制策略，根据转矩误差和电流的变化率来调整电流的大小和方向。在位置 闭环控制模式下，可采用模糊控制策略，根据位置误差和电流的变化率来 调整电流的大小和方向。 5.SRD系统的优势 SRD系统相比传统的电机驱动系统具有以下几个优势：首先，SRD系 统结构简单，易于制造和维护。其次，SRD系统具有高效的转换特性，能 够实现高转矩密度和高效能的特点。此外，SRD系统的数字控制技术使其 具有灵活的控制模式和优秀的控制性能。 总结： SRD开关磁阻电机驱动系统通过控制定子线圈的电流方向和大小来控 制电机的转矩和转速，并采用数字控制技术实现灵活的控制模式。该系统 的控制原理包括基本结构、工作原理、控制模式、控制策略和优势等方面。SRD系统的优势在于结构简单、转换特性高效、控制灵活等特点。
第二章开关磁阻电机及其调速系统 2.1 开关磁阻电机的发展概况 磁阻式电机诞生于160年前，一直被认为是一种性能不高的电机。然而通过近20年的研究与改进，使磁阻式电机的性能不断提高，目前已能在较大功率范围内不低于其它型式的电机[9]。 70年代初，美国福特电动机（Ford Motor）公司研制出最早的开关磁阻电机调速系统。其结构为轴向气隙电动机、晶闸管功率电路，具有电动机和发电机运行状态和较宽范围调速的能力，特别适用于蓄电池供电的电动车辆的传动。 70年代中期，英国里兹（Leeds）大学和诺丁汉（Nottingham）大学，共同研制以电动车辆为目标的开关磁阻电机调速系统。样机容量从10W至50KW，转速从750 r/min至10000 r/min，其系统效率和电机利用系数等主要指标达到或超过了传统传动系统。该产品的出现，在电气传动界引起了不小的反响。在很多性能指标上达到了出人意料的高水平，整个系统的综合性能价格指标达到或超过了工业中长期广泛使用的一些变速传动系统。 近年来，国内外已有众多高校、研究所和企业投入了开关磁阻电机调速系统的研究、开发和制造工作。至今已推出了不同性能、不同用途的几十个系列的产品，应用于纺织、冶金、机械、汽车等行业中。 目前，在汽车行业意大利FIAT公司研制的电动车和中国第二汽车制造厂研制的电动客车都采用了开关磁阻电机。SRM是没有任何形式的转子线圈和永久磁铁的无刷电动机，它的定子磁极和转子磁极都是凸的。由于SRM具有集中的定子绕组和脉冲电流，其功率变换器可以采用更可靠的电路拓扑形式。SRM具有简单可靠、在较宽转速和转矩范围内高效运行、控制灵活、可四象限运行、响应速度快、成本较低等优点，这是其它调速系统难以比拟的，作为具有潜力的电动车电气驱动系统日益受到重视。然而目前SRM还存在转矩波动大、噪声大、需要位置检测器、系统非线性等缺点，所以，它的广泛应用还受到限制。 2.2 开关磁阻电机的基本结构与特点 开关磁阻电机为定、转子双凸极可变磁阻电机。其定、转子铁心均由硅钢片
XLD 开关磁阻电机控制系统技术参数 实测数据曲线和输出相电流波形 一、温升测试 实验时间和环境状况：时间是盛夏七月，地点是长江中下游流域，环境温度38摄氏度。实验状况和测试数据如下： 实验电机 实验方式 额定功率 额定转速 实验负载转矩 实验运行转速 连续运行时间 30KW 1500rpm 1.2倍额定 1500rpm 不间断运行1小时 实测数据 单位（摄氏 度） 电机温度 控制器元件IGBT 温度 主电源滤波电容温度 54 46 39 二、效率－转速测试 实验情况说明：实验电机额定功率为45KW ，额定转速为1500r/min ，系统输入主电源电 压额定；(负载）转矩额定；以改变转速为测试条件。实测数据曲线如下（图像纵坐标为效率，横坐标为转速）： 图表 1 效率－转速曲线 Y 值为系统效率 X 值为转速值rpm 0% 10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
三、效率－功率实验 被测试电机额定功率为45KW ，额定转速为1000rpm ，测试方式为主电源电压额定，电机以转速1000rpm 恒转速运行，改变负载转矩为测试条件，实测数据标注X 、Y 轴值得曲线图（纵坐标值为效率值，横坐标为电机额定功率倍值百分数即：实际输出功率与额定输出功率百分比）。 四、转矩－转速测试实验 实验被测试电机为额定功率45KW ，额定转速为1000rp ，设计调速范围0－1200rpm 。测试方式为如下： 系统输入主电源电压额定，电机转速设定转速上限值，转矩设置为上限值，负载转矩从额定转矩的1.2倍开始，并每次以额定转矩的20%均匀加载到5倍额定，直到负载转矩增至电机堵转，测得值对应坐标，得最大转矩－转速曲线图如下： Y 轴－为系统效率 X 轴－实际输出功率比额定功率倍率运行状况－电机转速1000rpm 恒转速 0% 5%10%15%20%25%30%35%40%45%50%55%60%65%70%75%80%85%90%95%100% 0% 10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%110%120%130%140%150%160% 图表 效率－功率曲线：
开关磁阻电机的原理及其控制系统 1.工作原理： 开关磁阻电机是一种以磁阻为主要工作原理的电机。它利用电流在磁阻元件中产生的磁阻变化，从而实现驱动电机转动。该电机主要由定子和转子两部分组成。定子中心构造有磁阻元件（如磁阻电阻块或磁阻隐藏产生器），制造磁场，而转子是磁场作用下的动力元件。电机通过改变定子和转子之间的磁阻关系来实现转矩调速。 工作过程如下： (1)当电机通电时，定子中的磁场会激励转子周围的物质，并产生磁阻。 (2)通过改变通电线圈的电流方向，可以改变磁场中的磁阻分布和大小。 (3)转子在磁场影响下，会发生转动，转动角度和方向与磁阻的变化有关。 (4)控制系统通过改变电流的大小和方向，以调节磁场中的磁阻，从而控制电机的转速和转矩。 2.控制系统： (1)电源供应：控制系统需要提供稳定的电源供应，以保证电机正常工作。可以采用直流电源或交流电源供电，根据实际要求进行选择。 (2)电流控制：电流控制是开关磁阻电机的关键。通过改变电流的大小和方向，可以实现对电机的转速和转矩的调节。可以采用PID控制算法等来实现电流的闭环控制。
(3)角度控制：角度控制是实现电机转动角度的控制手段。可以通过位置传感器等装置来检测电机转子的位置，然后通过控制系统来调整电流方向和大小，从而实现电机转子在指定角度上停留或转动。 (4)速度控制：速度控制是根据实际需求来调节电机转速的手段。可以通过改变电流的大小和方向，或者改变供电频率等方式来实现速度的调节。 总结： 开关磁阻电机是一种利用磁阻变化实现驱动的电机，通过改变电流的大小和方向，可以实现对电机的转速和转矩的调节。其控制系统主要包括电源供应、电流控制、角度控制和速度控制等部分。利用这些控制手段，可以实现对开关磁阻电机的精确控制，满足各种实际应用需求。
基于开关磁阻电机技术的矿山机械 调速系统 矿山机械调速系统是现代矿山生产中不可或缺的领域，尤其是在井下煤矿和金属矿山。随着技术的不断进步和应用，现代矿山机械调速系统越来越多地采用基于开关磁阻电机技术。 开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，SRM）是一种新型电机，具有结构简单、容易制造、维护成本低、电磁干扰小、高效节能等优点。主要特征是定子、转子上没有任何导体绕组，而是由于磁阻对电极力线的偏转作用来产生转矩。不需要永磁体或电极、绕线等磁场源，可实现高功率、高转速、高精度调速和快速响应等特点。 基于开关磁阻电机技术的矿山机械调速系统主要包括电机、控制器和传动装置三个部分。其中，电机作为核心部件，提供了机械动力；控制器对电机进行控制和调节，以满足矿山机械的不同负载需求；传动装置将电机转动的动力传递给矿山机械，实现其运转。 在控制器方面，SRM驱动系统大都采用矢量控制技术。与传统的开环控制相比，矢量控制技术可以实现精确定位和速度调节，使得机械的调节精度和响应速度更高。此外，矢量控制技术还具有电机起始扭矩低、工作效率高、功率因数高等优点。
在传动装置方面，基于开关磁阻电机技术的矿山机械调速系统往往采用光伏离线挖掘机、液压挖掘机等以销毁煤矿、金属矿山为代表的大型矿山机械。由于SRM的高转速、高输出 功率和高效率等特性，能够为这些机械提供强大的动力支撑，实现高效、低能耗的采矿作业。 此外，基于开关磁阻电机技术的矿山机械调速系统还能够为煤矿、金属矿山的工作环境提供更好的安全保障。由于SRM 无需使用永磁体、电极、绕线等磁场源，避免了因磁场故障造成的火灾和短路事故，同时，控制系统能够实时监测机械的运行状态，及时发现和处理机械故障和异常，避免事故的发生。 在总体应用效果方面，基于开关磁阻电机技术的矿山机械调速系统已经在实际生产中取得了良好的表现。据统计，在一些煤矿、金属矿山的生产过程中，采用SRM驱动的机械调速 系统，相比传统的驱动系统，能够节约电费20%以上，降低能耗30%以上，提高生产效率和安全性。 总之，基于开关磁阻电机技术的矿山机械调速系统是一种具有发展潜力和广泛应用前景的新型技术。在未来的生产中，随着技术的不断成熟和应用，SRM驱动技术将会越来越广泛地应用于矿山机械调速系统，为煤矿、金属矿山的高效、低能耗、安全生产提供更好的支撑。
基于DSP的车用开关磁阻电机控制系统的研究的开 题报告 一、题目 基于DSP的车用开关磁阻电机控制系统的研究 二、研究背景和意义 车用电机控制系统已经成为汽车电子控制技术的重要组成部分，其中，开关磁阻电机是越来越受到关注的一种类型的电机。传统的燃油车 转向系统和制动系统通过机械连接来完成相应的动作，但电动车的电机 控制系统则需要通过信号和数据传输实现。因此，开关磁阻电机控制系 统设计的作用就显得尤为关键。 DSP作为一种高性能、低成本的数字信号处理器，已经广泛应用于 各种控制系统中。本研究将DSP作为主要控制单元，以实现对车用开关 磁阻电机的控制。通过研究车用开关磁阻电机控制系统的设计和开发， 可以提高电动车的安全性和稳定性，同时促进电动车市场的发展。 三、研究内容和方法 1. 分析车用开关磁阻电机的控制系统架构和控制策略，确定控制系 统的功能需求。 2. 基于TI DSP芯片，设计车用开关磁阻电机控制系统的硬件和软件。 3. 搭建实验平台并进行仿真实验，验证车用开关磁阻电机控制系统 的性能和稳定性。 4. 通过实车测试，对车用开关磁阻电机控制系统进行实际验证。 四、论文结构和目录 第一章绪论
1.1 研究背景和意义 1.2 国内外研究现状 1.3 研究内容和方法 1.4 论文结构和目录 第二章车用开关磁阻电机的控制系统分析2.1 车用开关磁阻电机的原理及特点 2.2 开关磁阻电机控制系统的整体架构2.3 控制策略设计与实现 第三章 DSP控制器设计与实现 3.1 DSP控制器的选择 3.2 控制器硬件设计 3.3 控制器软件设计 第四章车用开关磁阻电机控制系统实现4.1 中央控制器与电机的通讯实现 4.2 控制策略实现 4.3 系统软硬件调试 第五章仿真实验与分析 5.1 实验平台的建立 5.2 仿真实验结果分析 第六章实际测试与数据分析 6.1 实车测试平台建立 6.2 实际测试结果分析
开关磁阻电机调速控制系统中功率变换器的研究与设计 本文在综合分析开关磁阻电机工作原理的基础上，着重介绍了开关磁阻电机调速系统中功率变换器的结构和各种形式功率变换器的优点，应用MATLAB软件建立了开关磁阻电机调速系统的仿真模型。根据仿真模型进行了有载和空载下开关磁阻电机调速系统工作的仿真，分析在低速和高速下的转矩和电流的变化，改变反馈角度，分析转矩和电流等数据变化。根据数据分析，理解功率变换器的设计原则和基本的控制策略。 目录 1 绪论 (2) 1.1开关磁阻电机调速系统的发展现状 (2) 1.2 开关磁阻电机调速系统的应用领域 (3) 1.3 开关磁阻电机调速系统简述 (3) 1.3.1 开关磁阻电机调速系统的基本构成 (3) 1.3.2 开关磁阻电机调速系统的优缺点 (4) 2 开关磁阻电机的基本原理 (5) 2.1 开关磁阻电机的基本结构 (5) 2.2 开关磁阻电机的基本工作原理 (6) 2.3 开关磁阻电机的数学模型 (7) 2.5 本章小结 (8) 3 开关磁阻电机的功率变换器部分和控制方式 (8) 3.1 调速系统功率变换器的要求和特点 (8) 3.2 常用的几种功率变换器的电路 (9) 3.2.1 不对称半桥电路 (9) 3.2.2 每相只有一个主开关管的功率变换器 (10) 3.2.3 电容分压型功率变换器 (11) 3.2.4 具有最少数量主开关管的功率变换器 (12) 3.3 开关磁阻电机的控制方式 (13) 3.3.1 角度位置控制(APC)法 (13) 3.3.2 电流斩波控制(CCC)法 (14) 3.3.3 电压斩波控制(CVC)法 (15) 3.4 本章小结 (15)
开关磁阻电机系统设计 1.1 关磁阻电机的优点与缺点 (2) 1.1.1 开关磁阻电机的优点： ............................ 2 1.1.2 开关磁阻电机的缺点.............................. 2 1.2 开关磁阻电动机应用和发展.............................. 2 第2章开关磁阻电动机工作原理与结构 . (4) 2.1 开关磁阻电动机的工作原理 (5) 2.1.1 基本结构........................................ 5 2.1.2 SRD的工作原理 ................................. 5 2.1.3 SRD的特点 ..................................... 5 2.2 开关磁阻电动机的结构 .................................. 5 第3 章开关磁阻电动机电磁设计 .. (9) 3.1设计特点 .............................................. 9 3.2 确定SR电动机额定数据................................ 9 3.3 计算SR电动机的主要尺寸 ............................... 9 3.4 计算机辅助设计程序 . (13) 第4章SRD系统控制原理设计 .............................. - 19 - 4.1 控制系统的总体设计 ................................... 14 4.2 控制器的设计 .. (14) 4.2.1译码电路：..................................... 16 4.2.2晶振及复位电路 ................................. 16 4.2.3斩波电流水平给定电路 ........................... 17 4.2.4斩波控制电路................................... 17 4.2.5转速给定电路 ................................... 17 4.2.6键盘给定与显示电路 ............................. 18 4.3 电流检测器的设计 .................................... 18 4.4 位置检测器的设计 .................................... 19 4.5 功率变换器的设计 ..................................... 20 4.5.1 功率变换器的主电路形式 ......................... 20 4.5.2 开关元件的选择 (21) 第5章开关磁阻电动机调速系统 (22)