基于simulink開關(guān)磁阻電機直接轉(zhuǎn)矩控制研究

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1、學兔兔www.xuetutu.com第6期(總第193期)機械工程與自動化NO．62015年12月MECHANICALENGINEERING8LAUTOMATIONDec．文章編號：1672—6413(2015)06—0158—03基于Simulink的開關(guān)磁阻電機直接轉(zhuǎn)矩控制的研究梅柏衫，孟悅?cè)?，劉東陽，高寧(上海電力學院電氣_T-程學院，上海200090)摘要：由于具有特殊的工作原理，開關(guān)磁阻電機在常規(guī)的控制方式下會產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)矩脈動，限制了其應用范圍。針對這一問題，對開關(guān)磁阻電機的直接轉(zhuǎn)矩

2、控制進行了研究，并在MATLAB／Simulink環(huán)境下搭建了8／6級開關(guān)磁阻電機直接轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)仿真模型。結(jié)果表明：應用直接轉(zhuǎn)矩控制開關(guān)磁阻電機，運行時的轉(zhuǎn)矩脈動明顯減小，擁有良好的調(diào)速性能和轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應。關(guān)鍵詞：開關(guān)磁阻電機；直接轉(zhuǎn)矩控制；轉(zhuǎn)矩脈動；Simulink中圖分類號：TM352：TP391．7文獻標識碼：A0引言T≈．(3)開關(guān)磁阻電機具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、調(diào)速范圍廣等特點，近年來引起了國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注。開關(guān)其中：(，)為定子繞組相磁鏈；0為轉(zhuǎn)子位置角。磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展從20

3、世紀8O年代起步，由相繞組是單級性驅(qū)動的，所以開關(guān)磁阻電機每相于其研究歷史尚短，又涉及到電力電子、電機學、控制電流都是正向電流，轉(zhuǎn)矩的正負主要取決于磁鏈偏導理論等多個學科領(lǐng)域_1]，且開關(guān)磁阻電機具有復雜的的符號[3]。由式(3)可以看出，開關(guān)磁阻電機在保持定非線性特性，對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，當定子磁鏈超前于時，電的國內(nèi)外發(fā)展水平來看，無論在理論上還是在應用上機轉(zhuǎn)矩增大；定子磁鏈滯后于0時，電機轉(zhuǎn)矩減小。都存在不少問題，有待于進一步的研究與完善。1．2直接轉(zhuǎn)矩

4、控制原理直接轉(zhuǎn)矩控制已經(jīng)很好地應用于異步電機控制系直接轉(zhuǎn)矩的控制思想是將轉(zhuǎn)矩作為直接控制的對統(tǒng)當中，體現(xiàn)了簡單實用，動態(tài)響應快的優(yōu)點，大大優(yōu)象，通過實時轉(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對開關(guān)磁阻信號，把轉(zhuǎn)矩限定在一個滯環(huán)寬度內(nèi)，從而達到控制電電機直接轉(zhuǎn)矩控制進行了研究。機的目的]。1開關(guān)磁阻電機直接轉(zhuǎn)矩控制原理開關(guān)磁阻電機的直接轉(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)，在此模式下開電機一相基本電壓方程

5、為：關(guān)磁阻電機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)磁阻電機中，定子電阻很小，則式(1)可簡化為：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于四相的開關(guān)磁阻電機，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。實際的電壓矢量只需8個即可。同時，

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

7、159·于各個扇區(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)采用不對稱半橋回路。磁鏈計算模塊將四相磁鏈進行坐標變換，變換到靜止坐標系a一上，并計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)，計算出響應的電壓矢量。3仿真結(jié)果與分析為驗證本文所研究內(nèi)容，在MATLAB／Simulink環(huán)境下搭建了開關(guān)磁阻電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，四相開關(guān)磁阻電機參數(shù)為：定子電阻R==

8、=0．01Q，轉(zhuǎn)動慣量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，即空載運行，給定轉(zhuǎn)速為一1500r／min，圖3為磁鏈矢量位于k區(qū)的情況。由圖3可知，實驗結(jié)果如圖5所示。穩(wěn)定之后的轉(zhuǎn)矩響應圖如圖6當定子磁鏈在區(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>