基于simulink開關(guān)磁阻電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制研究

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1、學(xué)兔兔www.xuetutu.com第6期(總第193期)機(jī)械工程與自動(dòng)化NO．62015年12月MECHANICALENGINEERING8LAUTOMATIONDec．文章編號(hào)：1672—6413(2015)06—0158—03基于Simulink的開關(guān)磁阻電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的研究梅柏衫，孟悅?cè)唬瑒|陽(yáng)，高寧(上海電力學(xué)院電氣_T-程學(xué)院，上海200090)摘要：由于具有特殊的工作原理，開關(guān)磁阻電機(jī)在常規(guī)的控制方式下會(huì)產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，限制了其應(yīng)用范圍。針對(duì)這一問題，對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩

2、控制進(jìn)行了研究，并在MATLAB／Simulink環(huán)境下搭建了8／6級(jí)開關(guān)磁阻電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)仿真模型。結(jié)果表明：應(yīng)用直接轉(zhuǎn)矩控制開關(guān)磁阻電機(jī)，運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)明顯減小，擁有良好的調(diào)速性能和轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)。關(guān)鍵詞：開關(guān)磁阻電機(jī)；直接轉(zhuǎn)矩控制；轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；Simulink中圖分類號(hào)：TM352：TP391．7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A0引言T≈．(3)開關(guān)磁阻電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、調(diào)速范圍廣等特點(diǎn)，近年來(lái)引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。開關(guān)其中：(，)為定子繞組相磁鏈；0為轉(zhuǎn)子位置角。磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展從20

3、世紀(jì)8O年代起步，由相繞組是單級(jí)性驅(qū)動(dòng)的，所以開關(guān)磁阻電機(jī)每相于其研究歷史尚短，又涉及到電力電子、電機(jī)學(xué)、控制電流都是正向電流，轉(zhuǎn)矩的正負(fù)主要取決于磁鏈偏導(dǎo)理論等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域_1]，且開關(guān)磁阻電機(jī)具有復(fù)雜的的符號(hào)[3]。由式(3)可以看出，開關(guān)磁阻電機(jī)在保持定非線性特性，對(duì)其深入研究仍具有很大困難。從目前子磁鏈幅值不變的情況下，當(dāng)定子磁鏈超前于時(shí)，電的國(guó)內(nèi)外發(fā)展水平來(lái)看，無(wú)論在理論上還是在應(yīng)用上機(jī)轉(zhuǎn)矩增大；定子磁鏈滯后于0時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩減小。都存在不少問題，有待于進(jìn)一步的研究與完善。1．2直接轉(zhuǎn)矩

4、控制原理直接轉(zhuǎn)矩控制已經(jīng)很好地應(yīng)用于異步電機(jī)控制系直接轉(zhuǎn)矩的控制思想是將轉(zhuǎn)矩作為直接控制的對(duì)統(tǒng)當(dāng)中，體現(xiàn)了簡(jiǎn)單實(shí)用，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，大大優(yōu)象，通過實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)矩與給定轉(zhuǎn)矩的比較，輸出調(diào)整的電壓于傳統(tǒng)的控制方法。本文基于Simulink對(duì)開關(guān)磁阻信號(hào)，把轉(zhuǎn)矩限定在一個(gè)滯環(huán)寬度內(nèi)，從而達(dá)到控制電電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制進(jìn)行了研究。機(jī)的目的]。1開關(guān)磁阻電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制原理開關(guān)磁阻電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制通常采用軟開關(guān)的1．1開關(guān)磁阻電機(jī)磁鏈與轉(zhuǎn)矩特性功率變換模式，根據(jù)開關(guān)管的通斷狀態(tài)，在此模式下開電機(jī)一相基本電壓方程

5、為：關(guān)磁阻電機(jī)的任意一相的功率變換電路都具備3種狀態(tài)lc，如圖1所示。U一Ri+．(1)其中：為第k相磁鏈；i為第k相電流；R為第k相電阻。在開關(guān)磁阻電機(jī)中，定子電阻很小，則式(1)可簡(jiǎn)化為：d：U．(2)(a)+1狀態(tài)(b)0狀態(tài)(c)一1狀態(tài)圖1功率變換器開關(guān)狀態(tài)由公式(2)看出，通過選擇合適的定子電壓矢量可對(duì)于四相的開關(guān)磁阻電機(jī)，每相繞組電壓矢量有以改變定子磁鏈，使定子磁鏈幅值恒定]，達(dá)到直接轉(zhuǎn)3種狀態(tài)可以選擇，那么總共就有3即81種狀態(tài)，而矩控制的目標(biāo)。實(shí)際的電壓矢量只需8個(gè)即可。同時(shí)，

6、在電機(jī)的實(shí)際由開關(guān)磁阻電機(jī)每相的電壓方程及轉(zhuǎn)矩理論可運(yùn)行過程中，電壓矢量的選擇也有一定的約束條件。知，在某一時(shí)刻，電流視為恒定值，則開關(guān)磁阻電機(jī)的具體的矢量分布圖如圖2所示，一共8個(gè)電壓矢量，位轉(zhuǎn)矩T可描述為：收稿日期：2015—07—27；修訂日期：2015—10—10作者簡(jiǎn)介：梅柏杉(1957-)，男，湖南湘潭人，碩士生導(dǎo)師，教授，本科，研究方向：電力傳動(dòng)，智能電網(wǎng)風(fēng)力儲(chǔ)能。學(xué)兔兔www.xuetutu.com2015年第6期梅柏衫，等：基于Simulink的開關(guān)磁阻電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的研究‘

7、159·于各個(gè)扇區(qū)的中心。功率變換器是利用Simulink模塊中提供的基本開關(guān)模塊搭建封裝，本系統(tǒng)采用不對(duì)稱半橋回路。磁鏈計(jì)算模塊將四相磁鏈進(jìn)行坐標(biāo)變換，變換到靜止坐標(biāo)系a一上，并計(jì)算出磁鏈的幅值和相角。滯環(huán)模塊根據(jù)轉(zhuǎn)矩和磁鏈反饋量與參考量的差值，判斷出磁鏈和轉(zhuǎn)矩的變化需求。開關(guān)表根據(jù)磁鏈和轉(zhuǎn)矩變化的需要，結(jié)合磁鏈所在的扇區(qū)，計(jì)算出響應(yīng)的電壓矢量。3仿真結(jié)果與分析為驗(yàn)證本文所研究?jī)?nèi)容，在MATLAB／Simulink環(huán)境下搭建了開關(guān)磁阻電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，四相開關(guān)磁阻電機(jī)參數(shù)為：定子電阻R==

8、=0．01Q，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J：==0．004kg·ma，摩擦因數(shù)f=0．01，最大磁鏈0．36Wb。(1)在直接轉(zhuǎn)矩調(diào)速系統(tǒng)中，給定負(fù)載轉(zhuǎn)矩為圖2四相電壓矢量與扇區(qū)分布圖T一0Nm，即空載運(yùn)行，給定轉(zhuǎn)速為一1500r／min，圖3為磁鏈?zhǔn)噶课挥趉區(qū)的情況。由圖3可知，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。穩(wěn)定之后的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)圖如圖6當(dāng)定子磁鏈在區(qū)域k中，u+能夠使磁鏈幅值增加并所示。兩種控制方式的磁鏈響應(yīng)圖如圖7所示。且使轉(zhuǎn)矩增大，u一能夠使磁鏈幅值增加并且使轉(zhuǎn)矩；、1減小。通過己，抖使轉(zhuǎn)矩增加而不改變磁鏈幅值?？凇?/p>