四相开关磁阻电机直接转矩控制方法研究

基于转速磁链特性的开关磁阻电机直接转矩控制陈金文;杨明发【摘要】由于SR电机电磁关系的高度非线性,采用常规的控制方法会使得电机转矩脉动大,限制了其在要求低转矩脉动场合中的应用.针对这一问题,在4相(8/6)开关磁阻电机的直接转矩控制(DTC)原理基础上,分析了电机给定定子磁链与转速之间的关系特性,并把其应用于直接转矩控制系统上,降低了电机的输出转矩脉动.最后在Matlab/Simulink环境下搭建了4相开关磁阻电机直接转矩控制调速系统仿真模型,仿真结果表明该系统不仅能够有效地减少电机转矩脉动,而且具有良好的调速性能、转矩动态响应特性及抗干扰能力.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2014(044)008【总页数】4页(P7-10)【关键词】开关磁阻电机;直接转矩控制;定子磁链;转速【作者】陈金文;杨明发【作者单位】福州大学电气工程与自动化学院,福建福州350108;福州大学电气工程与自动化学院,福建福州350108【正文语种】中文【中图分类】TM352开关磁阻电机（SRM）具有成本低、结构简单、调速范围宽、启动性能好和运行效率高等优点，同时它也是具备直流传动和普通交流传动优点的最新一代无级调速系统［1］，已引起国内外学者的普遍关注和深入研究。

开关磁阻电机调速系统（switched reluctance motor drive，SRD）控制目标是使系统获得更快的速度及转矩响应特性、更平稳的过渡过程、更高的稳态精确度以及更好的抗干扰能力。

SRM的双凸极结构和开关形式的供电电源导致了很大的转矩脉动，对SR电机转矩脉动抑制是一个公认的难题和研究的热点［2］。

采用常规控制策略，如角度位置控制、电流斩波和电压PWM控制方法，只控制开通角、关断角及电流幅值，没有对直接转矩进行控制，难以达到好的控制效果［3］。

文献［4］用转矩分配控制策略的方法来抑制转矩脉动，但实际存在着转矩分配函数选择困难和SRM绕组存在反电动势的影响，因此该控制策略受到一定的应用及物理限制。

密级：内部三相6/4极开关磁阻电机转矩特性分析与优化设计Analysis and Optimal Design of Torque Characteristics of Three-phase 6/4 Pole SwitchReluctance Motor学院：电气工程学院专业班级：电气工程及其自动化1003班学号：4姓名：陈运楷指导教师：张殿海（讲师）2014年6月I摘要近年来随着电力电子技术和控制技术的发展，诞生了一种新的特种电机—开关磁阻电机。

该电机具有结构简单、调速性能优良、成本低廉、可靠性高、起动转矩大、效率高等优点。

因此，被广泛应用于牵引传动、通用工业、家用电器等众多领域。

然而，由于开关磁阻电机的双凸极结构所引起的磁路非线性和饱和效应以及特殊的供电方式，与传统的电机相比存在着振动和噪声大的缺点，这就大大限制了开关磁阻电机向更多应用领域的拓展。

因此为了得到更好的开关磁阻电机的动静态性能，如何降低转矩脉动和抑制噪声已经成为今后开关磁阻电机控制系统的研究重点。

首先根据开关磁阻电机的运行机理，以三相6/4极开关磁阻电机作为分析模型，利用ANSOFT软件中的Maxwell模块完成电机的建模和分析。

其次通过修改开关磁阻电机转子极弧系数以及在转子表面开口的方法，改善电机的输出转矩特性。

结合MATLAB软件分析修改转子对平均转矩和转矩脉动的影响。

最后利用实验室自行开发的多目标优化软件对平均转矩和转矩脉动进行多次优化，经过比较后找到最佳解，得到平均转矩提高、转矩脉动下降的结果，达到优化设计的最终目的。

关键词：开关磁阻电机；转矩脉动；平均转矩；优化设计IAbstractIn recent years, with the development of power electronic technology and control technology, a new motor called switch reluctance motor, which has so many advantages such as simple structure, excellent performance of speed adjustment, low cost, high reliability, and large starting torque, high efficiency was developed. Therefore, it was applied in many fields such as traction drive, general industrial, and household appliances etc.However, due to the double salient structure of switch reluctance motor which caused nonlinearity of the magnetic circuit and saturation effect as well as the special power supply pattern, compared with the traditional motor the vibration and noise is significant. This feature greatly limited the application of switch reluctance motor to more fields. Therefore, in order to achieve the better dynamic and static performance for the switch reluctance motor, how to reduce the torque ripple and noise has become the hot spot of the future research of switch reluctance motor and its control system.Firstly, according to the operating mechanism of the switch reluctance motor, a three-phase 6/4 pole switch reluctance motor is taken as the analysis model, the torque characteristics is analyzed by utilizing the ANSOFT Maxwell module.Secondly, in the optimization model, the rotor pole arc coefficient and sub-slot on the surface of rotor are taken as the design variables, the torque ripple and average torque are taken as two objective functions. The MATLAB software is applied to calculate the average torque and torque ripple from the Maxwell results.Finally, a multi-objective optimization algorithm which was developed by the laboratory is applied to find out the optimal solution. In order to determine the global optimal solution, the optimization procedure was carried out twice. From the results, the average torque and torque ripple characteristic were improved.Keywords：Switch reluctance motor; torque ripple; average torque; optimal design目录摘要 (I)A BSTRACT............................................................................................................................................ I I 第1章绪论.. (1)课题背景及意义 (1)课题国内外研究现状及趋势 (2)国内发展趋势 (2)国外发展趋势 (3)课题主要研究内容 (4)本章小结 (4)第2章开关磁阻电机特点与设计方法 (5)三相6/4极开关磁阻电机的结构与原理分析 (6)三相6/4极开关磁阻电机的结构 (6)三相6/4极开关磁阻电机的运行原理 (6)开关磁阻电机分析与设计方法 (8)基于ANSOFT 的开关磁阻电机有限元分析介绍 (8)转矩脉动、噪声和振动产生的根源 (9)采用的设计方法 (9)本章小结 (10)第3章开关磁阻电机建模 (11)创建电机几何模型 (11)创建项目 (11)建模过程 (12)材料定义及分配 (16)激励源与边界条件定义及加载 (17)运动选项设置 (20)求解选项参数设定 (21)磁力线与磁密云图 (23)外电路与有限元连接 (25)本章小结 (26)第四章开关磁阻电机优化设计 (27)优化与设计 (27)多目标优化简介 (27)响应表面的应用 (28)修改转子极弧系数及结构 (29)求解转矩 (30)利用MATLAB求解平均转矩和转矩脉动 (33)优化过程 (35)一次优化 (35)二次优化 (37)本章小结 (40)第五章结论 (41)参考文献 (42)致谢 (44)第1章绪论课题背景及意义开关磁阻电机（Switch Reluctance Motor简称SR电机）具有结构简单、转子无绕组、无永磁体、可靠性高等特点，且有控制方式灵活、调速性能好等许多优点。

基于 SVM 的开关磁阻电动机 PID 直接转矩控制佚名【摘要】针对一般开关磁阻电动机直接转矩控制采用滞环控制所存在的较大转矩脉动的问题，结合空间矢量调制（ SVM）技术，提出一种基于SVM的开关磁阻电动机PID直接转矩控制的方法，转矩环采用PID控制，PID输出作为参考电压矢量，由于电压矢量与转矩近似成正比关系，故实现了转矩的连续控制。

为了验证该方法的有效性，对开关磁阻电动机一般直接转矩控制及基于SVM的PID直接转矩控制进行了仿真，仿真结果表明基于SVM的PID直接转矩控制能够精确控制转矩，转矩脉动小于一般的直接转矩控制。

%Combining the space vector modulation technology to solve the bigger torque ripple problem of the conventional direct torque control with the hysteresis loop control in this paper .A direct torque PID control was presented of switched reluctance motor based on SVM ,which can control the torque continu-ously with the PID torque loop ,because torque is approximately proportionate to the voltage vector deter-mined by the torque PID controller .The simulation was accomplished to verify the validity of the proposed method of the conventional direct torque control and the direct torque PID control ,the simulation results showed that the direct torque PID control based on SVM can control the torque accurately ,torque ripple is less than the conventional direct torque control .【期刊名称】《蚌埠学院学报》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】4页(P1-3,7)【关键词】开关磁阻电动机;直接转矩控制;PID直接转矩控制;空间矢量调制;转矩脉动【正文语种】中文【中图分类】TM352开关磁阻电动机(Switched Reluctance Motor，简称SR电动机)结构简单、运行可靠、调速范围宽广、起动性能优良，故应用广泛。