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开关磁阻电机研究的背景及意义一、项目目的与意义开关磁阻电机设计及其在矿山机械中的应用研究项目属于《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》中工业节能（机电产品节能）、基础件和通用部件的重点支持领域，同时符合《湖南省加快培育和发展战略性新兴产业总体规划纲要》高效节能制造产业中节能电机重点发展领域。
开关磁阻电动机(SRD)调速系统是基于计算机和电力电子技术的控制器及开关磁阻电动机的新型调速系统，由开关磁阻电动机与微机智能控制器两个部分组成。
开关磁阻电动机调速系统的突出特点是效率高、节能效果好、调速范围广、无启动冲击电流、启动转矩大、控制灵活，此外还具有结构简单、坚固可靠、成本低等优点。
除可以取代已有的电气传动调速系统(如直流调速系统、变频调速系统)外，开关磁阻电动机调速系统还十分适用于矿山井下机电设备需要重载启动、频繁启动、正反转、长期低速运行的应用场合，如无极绳牵引车、电牵引采煤机、刮板输送机等。
据有关资料统计，我国煤矿辅助运输职员约占井下职工总数的1/3，且矿井每采百万吨煤需要1200 ~ 1500名职工从事辅助运输，用工量是发达国家的7 ~ 10倍。
其主要原因就是我国煤矿辅助运输系统落后，效率太低，大多数煤矿的辅助运输系统仍然是小绞车、小蓄电池机车等多段分散落后的传统方式，严重影响矿井生产效率和煤矿安全生产。
随着当前大中型矿井的建设，矿井辅助运输设计与选型是矿井建设的重要课题之一，提高矿井辅助运输的装备水平对确保矿井生产产量进步具有极其深远的意义。
目前，我国矿用机械交流电动机采用较多的调速方式主要有交流变频调速和开关磁阻电动机调速。
交流变频技术硬件成本较高、控制电路复杂且不宜进行维护和维修，特别是国内的公司现在还未能很好地掌握变频器核心技术，产品基本上依靠国外进口，不能针对矿井特殊的应用条件将变频器加以改进和设计，较难适应矿用要求。
开关磁阻电动机调速系统作为后起之秀，具有伺服系统的高性能和普通调速系统的价格，性价比非常高，这是交流变频调速系统根本无法比拟的，SRD和变频调速的综合效率比较如下表：表1 SRD和变频调速的综合效率比较开关磁阻电机调速系统作为我国节能电机领域中重点推广的发展技术，还关系着我国民族产业的兴旺发展。
开关磁阻电机纯硬件控制器的研究摘要:本文针对开关磁阻电机纯硬件控制器进行研究,为了得到较高的效率,将斩波信号出现位置和电感开始上升区位置之间的关系进行处理从而优化开通角,综合考虑电机的输出力矩设计一套开关磁阻电机纯硬件控制调速系统并通过实验验证。
关键词:开关磁阻电机纯硬件仿真控制1 引言开关磁阻电机(SRM)以其固有优势吸引了研究者的注意,成为变速调速系统领域研究的热点。
然而控制器的传统设计方法通常依赖高性能的微处理器,例如DSP,单片机等[1～3],编写程序并结合位置传感器以及电流电压传感器确定控制参数,控制器的结构因此显得比较复杂。
同时电机磁链特性又是这些智能控制策略在实施过程中必不可少的,对其测量又会增加成本。
本文旨在研究一种无微处理器的开关磁阻电机调速系统纯硬件控制器,该控制器不需要微处理器和电机磁链特性,简化结构,降低成本,并且保证较高的运行效率,提高容错能力和增加工作时的可靠性。
2 开关磁阻电机调速系统组成开关磁阻电机调速系统主要由开关磁阻电机、位置检测器、功率变换器和控制电路等几部分组成。
其中开关磁阻电机是整个系统的核心,在结构和工作原理上开关磁阻电机与传统的交、直流电动机区别很大。
开关磁阻电机为双凸极结构,遵循“磁阻最小原理”即磁通总是沿着磁阻最小路径闭合产生力矩,与传统电机依靠定、转子绕组电流产生磁场间相互作用形成转矩有所不同。
功率变换器为开关磁阻电机调速系统运行时提供所需能量。
由于开关磁阻电机是单向绕组电流,因而功率变换器的主电路结构比较简单。
位置检测器向控制器提供定、转子相对位置信息,从而为控制器正确决定绕组的导通和关断时间提供保证。
控制器将检测器提供的电流、电机转子位置和转速等信息以及控制指令分析处理,控制开关磁阻电机的运行状态。
3 导通角优化研究开关磁阻电机相电流波形,峰值以及峰值出现的位置直接关系着开关磁阻电机调速系统的性能。
电流一定时,最大力矩出现在电感最小开始上升区域时力矩与电流比值最大。
电动汽车用开关磁阻电机驱动系统设计及优化朱曰莹;赵桂范;杨娜【摘要】为了达到车用开关磁阻电机驱动系统动态特性优化的目的,建立了其动态仿真模型,分析了负载转矩、开通角、关断角对转矩脉动及电机效率的影响及其规律.以降低转矩脉动,提高电机效率为目标,提出了一种双指标同步优化开关磁阻电机控制参数的方法,建立了基于负载转矩与电机转速的可变开通角、关断角控制参数模型.针对不同优化策略结果的对比分析以及实验结果表明,提出的双指标同步优化策略能很好地降低转矩脉动,提高电机效率,达到了优化开关磁阻电机驱动系统动态特性的目的.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2014(029)011【总页数】11页(P88-98)【关键词】电动汽车;开关磁阻电机;动态特性;同步优化【作者】朱曰莹;赵桂范;杨娜【作者单位】哈尔滨工业大学汽车工程学院威海 264209;天津大学机械工程学院天津 300072;哈尔滨工业大学汽车工程学院威海 264209;哈尔滨工业大学汽车工程学院威海 264209【正文语种】中文【中图分类】TM3151 引言开关磁阻电机驱动系统具有结构简单、成本低、可靠性高、性能优越等优点[1]，使其成为电动汽车驱动系统的最优选方案之一[2,3]。
然而开关磁阻电机过大的转矩脉动对电机本身及电动车传动机构是非常有害的[4]，另外电机的效率直接决定着电动汽车的续驶里程，因此，在电动车驱动系统中，降低开关磁阻电机脉动、提高输出效率，对电动车获得良好的牵引特性具有至关重要的意义。
由于开关磁阻电机的非线性特性，使得改善其转矩脉动、提升其输出效率的动态特性优化设计方法更加的复杂和困难。
现阶段国内外针对开关磁阻电机动态特性改善的研究主要有两种：①对电机定子[5]、转子[6]以及绕组形式[7,8]等各部分结构参数进行电磁设计优化，该方法能从电机结构本体上进行电机动态特性的改善，但是缺点是电机参数组合较多，电机整体性能优化较困难；②从开关磁阻电机驱动系统出发，利用基于现代控制理论的优秀控制算法、最佳的电机结构参数组合实现电机动态特性的提升，如模糊补偿控制[9]、滑模控制[10,11]、自适应控制[2,12]、人工神经网络控制[13,14]等。
感谢您使用PDF插入页面软件（PDFdo PDF Insert Page）./2012年山东公务员考试（省市）申论真题给定资料1.位于山西省南部的安康、汉中、商洛三市，地质条件差，经常遭受洪水、滑坡和泥石流灾害，平均每三年就发生一次洪灾。
多点域，突发性，毁灭性的地质灾害给当地居民生命财产造成巨大的损失。
山西省国土资源厅有关资料，2011年至2010年，陕南地区共发生地质灾害两千多起，造成590多人死亡或失踪，直接经济损失460亿元。
2010年7月8日，特大暴雨引发的泥石流灾害导致安康、汉中、商洛三市28个县区中，有24个县区遭受降雨侵袭，受灾人数177万。
其中因灾死亡73人，失踪121人，直接经济损失60多亿元，大竹园镇七堰村灾害最严重，道路、通讯、电力、供水等基础设施全部中断，全村22户78间房屋全部冲毁。
频发的自然灾害严重威胁着陕南人民的生产生活及其发展。
2010年，山西省委省政府在详细勘察陕南灾情后，下定决心对这些地区的居民进行搬迁，要让生活在危险边缘的群众长度摆脱自然灾害的困扰。
2010年12月7日，陕西省政府常务工作会议原则通过《陕南地区移民搬迁安置总体规划（2011-2012）》。
该规划决定从2011年启动“陕南地区移民搬迁安置”工程。
搬迁工程涉及安康、汉中、商洛三市共28个县区。
搬迁对象首先是受地质灾害洪涝灾害或其他灾害影响严重的村庄，特别是要把深山里居住条件最危险的农民搬迁出来。
时时离公路超过5公里、人口规模过小的偏远村庄等地也在搬迁之列。
到2020年，搬迁居民总数达240万人，超过安康、汉中、商洛三市的总人口数的1/4，也超过了139.76万人的三峡库区移民规模。
这些居民将按照城镇安置、移民新村安置、小村并大村和自主分散安置等方式选择新住宅建设用地，分期分批迁入新的居住区，根据不同情况，每户居民将获得一定数额的财政补助。
2.1990年，宁夏本省固地区一个叫禹万喜的农民和几个同乡离开了祖祖辈辈生活的老家，准备迁往一个未知的新家，陪他们上路的只有一辆破旧的农用车呵呵一张简陋的地图。
开关磁阻电机非线性建模及转子极弧系数优化宗子淳;张东东;宗子淇【摘要】选用开关磁阻电机作为四轮独立驱动电动汽车的驱动电机,根据电动汽车的需求,确定开关磁阻电机的设计参数.利用电磁仿真软件Ansoft Maxwell进行分析,得到磁链、电流和转子位置的关系曲线.在MATLAB中建立磁链、电流和转子位置三维查表模块,利用反插值求得电磁转矩.在MATLAB中建立电磁转矩、电流和转子位置三维查表模块.运用机械运动方程和电压平衡方程.在Simulink中搭建开关磁阻电机非线性模型.针对开关磁阻电机转矩波动大的问题,提出通过优化转子极弧系数,降低转矩波动系数.【期刊名称】《农业装备与车辆工程》【年(卷),期】2018(056)010【总页数】5页(P49-52,70)【关键词】开关磁阻电机;电磁仿真;非线性建模;转矩波动;转子极弧系数【作者】宗子淳;张东东;宗子淇【作者单位】200093 上海市上海理工大学机械工程学院;200093 上海市上海理工大学机械工程学院;221004 江苏省徐州市徐州医科大学【正文语种】中文【中图分类】TM3520 引言随着汽车行业的快速发展，能源、环境问题的日益突出，电动汽车成为各个国家的重点战略方向。
四轮独立驱动电动汽车比集中电机驱动结构简单、质量轻便、传动效率高[1]。
作为独立驱动电动汽车的重要部件——开关磁阻电机（SRM），由于其良好的调速性能、简单的结构、优良的鲁棒性和无需永磁材料等特点，被广泛用作电动汽车的驱动电机。
但是，开关磁阻电机的双凸极结构和独特的开关供电方式导致其转矩波动较大，严重地影响了汽车的平顺性和操纵稳定性[2]。
为了更好地研究开关磁阻电机，其非线性建模一直是难点和热点。
目前主要存在线性模型、分段线性模型和非线性模型。
文献[3]介绍了简化线性模型，当电流较大，尤其是定转子凸极重合的区域，线性模型的误差会比较大。
文献[4]认为非线性化可分解为若干线性化的部分，整个磁特性分为起始段、开始饱和段和深度饱和段，这种方法具有一定的精度，但是不高。
开关磁阻电机结构优化现状与发展趋势摘要：作为一种新型调速驱动系统，开关磁阻电机以其结构简单、起动转矩大、稳定性高等优点在石油、航空、电动汽车等领域得到了发展和广泛应用。
然而这种电机自身存在转矩脉动大、噪声明显等缺陷，对其在某些特殊场合的进一步应用造成了不利的影响。
长期以来，为了进一步提高开关磁阻电机的各项性能，国内外研究者对开关磁阻电机的结构优化，开展了广泛、系统和深入地研究工作，取得了一些具有建设意义的成果。
因此，对上述研究工作，进行合理有序的梳理和评述，不但有利于掌握该领域研究动态，更有助于优化该领域发展思路。
鉴于此，本文在收集国内外开关磁阻电机结构优化文献的基础上，对其研究现状和发展方向进行了较为全面系统的探讨、分析与展望，以求能够为开关磁阻电机设计制造和运行检修水平的进一步提升，提供有益参考。
关键词：开关磁阻电机；绕线方式；励磁方式；电磁场逆问题；优化；发展动态0引言随着科学技术和工业化的快速发展，工业自动化程度的日益加深，电机的应用领域不断扩大。
现如今，国内外对电机的研究，尤其针对电机的技术方面，进行了更深入地研究。
诸如定、转子在更高电压的情况下，如何进一步优化其绝缘性能；考虑电机的电磁性能，对电机实行变速变频等优化控制；新产品开发中，广泛运用 ANSOFT、FLUENT、ANSYS 等软件从电机电磁场、机械强度和应力、转子动力特性、温升和温度场等方面进行有限元计算分析。
此外，如德国西门子公司、日本三菱电机有限公司等企业与上国内电机厂合作研究新型电机产品，技术上呈现优劣互补的特点，目前已研发出的新产品有如 VFD 同步电机、超高速永磁同步电机、高温超导电机、低温潜液泵电机等等。
本文将依托开关磁阻电机这一成果，对其技术优化方面作阐述总结。
1开关磁阻电机本体结构优化开关磁阻电机理论体系和计算电磁学的不断发展为电机结构的优化提供了基础，以国外的纽卡斯尔大学、利兹大学、东京理科大学，国内的南京航空航天大学、浙江大学、华中科技大学为代表的科研机构，提出了许多新型开关磁阻电机结构来改善其性能，基本可以概括为三个方面: 定子绕线方式优化、定转子结构优化、励磁方式优化。
1.1定子绕线方式优化绕组的连接方式直接影响到开关磁阻电机内部磁场的分布，不同的绕线方式下电机的性能有很大的不同。
绕组的连接方式分为整距绕组和短距绕组，根据相对极磁场的方向又可以分为正向串联和反向串联。
分析了绕组正向串联和反向串联时自感、互感、磁场分布等存在的差异，特别对于反向串联的三相开关磁阻电机，通过有限元分析得到了其自感和互感波形，为绕组的进一步优化提供了参考。
传统开关磁阻电机多采用短距绕组，其转矩的产生主要依赖于绕组自感的变化。
短距绕组时，电流只能在电感上升阶段导通，因次每相绕组最大导通时间为 1 /3 通电周期。
文献组分析，研究了整距绕组时相电流导通情况。
采用整距绕组时，转矩的产生主要依赖于两相之间的互感，转矩可表示为：T = i a i b dM abd θ另一方面，当转子处于电感下降区时，对绕组通以负向电流，如此在电感下降区域也可以产生正向转矩，扩大了转矩产生的区间。
对比分析了短距绕组和整距绕组对转矩脉动的影响 文章中对电机施以转矩闭环控制进行了稳态分析， 表明在低速时整距绕组对转矩脉动抑制有较大优势。
1.2 定转子结构优化定转子结构的改进可以改善电机内部电磁场的分布，从而达到改善电机性能的目的，因此目前主要研究都集中在定转子结构的改进上。
由麦克斯韦张量法可知，通过改变磁密的径向分量和切向分量可以改变径向力波和切向力波。
利用上述理论提出了两种不同的转子齿结构。
前者在转子齿和轭中加入空气气隙，后者在转子齿两侧开槽，二者都达到了增大径向磁密、减小切向磁密的效果，有利于增大电机的平均输出转矩，减小转矩脉动。
边缘磁通是导致转矩脉动的一个重要原因，它产生于定转子重叠前。
中通过在转子齿一侧增加一个 V 型槽口，减小了边缘磁通的影响，提高了电感曲线的线性程度，从而减小了转矩脉动；显然此结构只适合于电机单方向转动。
提出了一种气隙宽度不均匀的转子结构，使气隙沿着电机旋转(逆时针)方向越来越窄，仿真结果表明该方法能够有效的减小转矩脉动。
将矩形转子齿和梯形转子齿结构进行了有限元对比分析，结果表明梯形转子齿可以产生更大的静态转矩。
采用了一种新型定转子极末端形状，该结构可以增大静态转矩曲线在上升阶段的斜率，从而提高换相时两相转矩交叉点，降低了换相时的转矩跌落，成功地抑制了电机的转矩脉动，而且提高了平均转矩。
将永磁电机中成功应用的双定、转子结构引入到开关磁阻电机中。
提出将两个 6 /4 结构的开关磁阻电机并行连接在一起，其中一个电机的转子相对于另一个有 30°的位置偏移，从而使一个转子处于完全对齐状态时，另一个转子处于刚对齐的状态。
同两个转子位置没有偏移时，将静态有限元分析引入了开关磁阻电机绕相比，该结构可减小 20% 左右的转矩脉动。
在传统双机械输出口电机的基础上，通过对定子轭部辅助绕组施加不同方向的电流，可以改变内、外转子上的转矩分配，实现内外转子输出功率的调节。
1.3 励磁方式的优化混合励磁开关磁阻电机不仅继承了开关磁阻电机的优点，而且可以更加有效的调节和控制气隙磁场，因此也成为开关磁阻电机结构优化发展的一个趋势。
混合励磁开关磁阻电机最早起源于美国电机专家提出的一种双凸极永磁电机。
电机中永磁体采用铁氧体，通过调节相电流的方向，即可增加或减弱气隙磁场。
但由于铁氧体剩磁较( ) 低， 只能通过增加直流场控绕组的方式提高气隙磁通密度，从而使铜耗增加，效率降低。
此外提出了一种带有永磁体和辅助绕组的混合励磁开关磁阻电机。
定子轭设计成正方形，两个对角分别放置辅助绕组和永磁体，辅助绕组通以直流电时，输出转矩和效率都得到了明显提高。
仅在定子齿中嵌入了永磁体，结构简单，电机体积得到了有效的减小。
该结构相当于在定子励磁中并联了一个永磁体磁源，在输入励磁电流不变的情况下，可以提高气隙磁场的饱和程度，增大了平均输出转矩，提高了电机利用率，但由于永磁体位于定子齿中，使定子齿的磁阻增大，会对励磁电流产生一定的影响。
文章还对永磁体安装方向和绕组电流通电方向之间的关系进行了分析，指出如果永磁体固定以后，则电流方向随之固定，这点有别于传统开关磁阻电机。
2 开关磁阻电机电磁场逆问题优化2.1 目标函数构建随着计算机科学的发展，新型智能算法在电机结构优化中的应用越来越广泛。
将智能优化算法和电磁场正问题相结合，构成电磁场逆问题应用在开关磁阻电机结构优化中成为一个重要的优化方向。
电磁场逆问题是根据给定的电机性能要求，求解电机的结构参数。
将单位体积出力的比功作为优化目标函数:min f ( X ) = D 2l a aP式中: f ( X ) 为优化目标函数， D a 为转子外径， l a 为铁心长度， P 为输出功率。
取定转子内、外径和极弧宽度等 8 个变量参数，用遗传算法进行最优求解，并在求解过程中考虑了开通角系数和关断角系数对优化结果的影响。
2.2 优化算法采用了多目标函数，用遗传算法对结构参数进行优化，在保证输出转矩较大的同时减小了转矩脉动。
采用了遗传算法和模拟退火算法分别对开关磁阻电机结构进行优化求解，并对优化结果进行了对比。
为了获得准确的数学模型，首先通过有限元分析获取了平均转矩和转矩脉动的相关敏感参数，然后利用神经网络对其进行训练，得到了较为准确的数学模型，最后利用粒子群算法对平均转矩和转矩脉动进行共同优化，得到了理想的优化结果。
将粒子群算法与文化算法相结合，构建了文化粒子群优化算法，实现了不同空间群体的并行优化，提高了优化精度与效率，并将其用于多目标优化，在有效提高电机效率的同时，大幅减小了转矩脉动。
2.3 缺陷分析新型智能优化算法为开关磁阻电机的优化设计带来了很大帮助， 但其还是存在一定的缺陷。
例如在遗传算法中，匹配集 N 的取值对优化结果有很大的影响。
如果 N 取得过小， 则难以获取全局最优解；如果 N 取得过大，则会降低优化效率。
因此对算法本身结构进行改进、将多种优化算法结合应用以及探索新的优化策略，从而进一步提高优化效率，将是该方向的工作重点。
3发展动态展望随着开关磁阻电机的不断发展，电机容量需求也逐渐变大，因此损耗发热成为电机结构优化必须要考虑的问题。
采取必要的措施来降低损耗，抑制发热，从而提高电机寿命也逐渐成为研究的热点。
目前，关于损耗的研究，大多集中于损耗的计算分析，如何通过优化电机结构来降低损耗，提高电机的散热效率将具有很高的研究价值。
针对开关磁阻电机单一性能的结构优化方法已经很多，但是随着优化技术和计算机技术的发展，多目标协同优化正逐渐成为优化发展的主要方向，例如将转矩脉动的抑制和损耗的抑制作为一个整体来进行优化。
当前人们已经具备从综合物理场(电磁场、温度场、流速场、应力场的等)的角度研究电机内物理现象的能力，同时也具有了更加强大的计算机工具，针对开关磁阻电机的多目标协同优化将是未来研究的一个热点。
开关磁阻电机的电磁场逆问题实际上是将电机的电磁场分析与优化算法相结合，以求更加精确地求解电机参数，进一步提高优化结果。
但目前仍然存在算法的收敛速度不高等问题，难以满足三维、耦合问题等较复杂系统的计算要求。
随着优化算法效率的提高和电磁场计算方法的发展，电磁场逆问题在开关磁阻电机优化中将越来越深入。
参考文献[1]宋受俊,葛乐飞,张蔓.开关磁阻电机多目标协同优化设计[J].电机与控制学报.2015(01)[2]宋受俊,葛乐飞,蒋艳玲.基于文化粒子群算法的开关磁阻电机多目标优化设计[J].西北工业大学学报.2014(01)[3]詹琼华,吴莹,郭伟.开关磁阻电机绕组连接方式的研究[J].电机与控制学报.2002(02)[4] 吴建华. 基于遗传算法的开关磁阻电机优化设计[J].电工技术学报.2009(04)[5] 王勉华,张朴.基于有限元法的开关磁阻电机结构优化[J].电机与控制应用.2015(04)。
