现代双凸极磁阻电动机的控制策略

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1、现代双凸极磁阻电动机的控制策略谢卫才，林友杰，杨青(湖南工程学院，湖南湘潭411101)摘要：现代双凸极磁阻电动机是一种新型电机驱动系统，结构简单，调速性能优异，本文介绍了双凸极开关型磁阻电动机调速控制技术发展过程中出现的新型控制策略，分析各控制策略的优缺点及其控制策略的发展，为现代双凸极开关型磁阻电动机的分析、系统控制提供一定程度的基础，展望了双凸极磁阻电动机驱动系统的发展趋势。关键词：双凸极磁阻电动机；驱动；控制策略；控制模式0前言开关型磁阻电动机定子和转子均呈凸极形式，故将它们统称为双凸极电机，现代双凸极磁阻电动机是一

2、种新型电机驱动系统，是磁阻电动机与电子开关驱动控制器组成一体的控制装置，又称开关型磁阻电机驱动系统，以其结构简单、工作可靠、转矩惯量比大、效率高和成本较低、调速性能优异等优点脱颖而出，被认为是未来有很强竞争力的一种变速驱动系统。但是因为电动机采用的是双凸极结构，高度饱和，故双凸极电机磁阻电动机驱动系统本身是一个时变、非线性系统。磁阻转矩是定子电流和转子位置的非线性函数，传统的线性控制方法难以满足动态较快的双凸极磁阻电动机非线性、变参数要求，因此，与一般电机相比，开关型磁阻电动机转矩脉动比较明显，由此引起电机噪声及转速波动，这

3、限制了它的应用。它性能的改善必须借助先进控制策略的手段。从20世纪80年代双凸极开关型磁阻电动机问世至今，在现代双凸极磁阻电动机控制方面已涌现出大量先进的控制思想，并取得了一定的成果。1双凸极磁阻电动机系统构成及控制方式1．1双凸极磁阻电动机系统构成双凸极磁阻电动机系统包括了双凸极磁阻电机、功率变换器、转子位置检测器和控制器。开关型磁阻电机是整个系统的执行部件，如图1所示四相(8／6)磁阻电动机结构原理图，它采用双凸极结构，磁路的磁阻变化较大。定、转子极数不同，转子仅由叠片叠压而成，既无绕组也无永磁体；定子各极上绕有集中绕组

4、，径向相对极的绕组串联，构成一相。SR电动机遵循“磁阻最小原理”，产生的磁拉力形成磁阻性质的电磁转矩而使转子转动。若顺序给D．A．B．C—D图1双凸极磁阻电机的结构图相绕组通电，则转子便按逆时针方向连续转动起来。当主开关管S1、S2导通时，A相绕组从直流电源V吸收电能；当Sl、S2关断时，绕组电流通过续流二级管D1、D2将剩余的能量回馈给电源。功率变换器向双凸极电动机提供运转所需要的能量，位置检测器是转子位置及速度等信号的提供者，是用来确定转子磁极的相对位置。控制器必须借助位置检测器获得的转子位置信息，以保证在恰当时刻接通或

5、断开相应的相绕组，以产生不同的电磁转矩，获得不同的转速、转向及运行状态。控制器是系统的中枢，它综合处理速度指令、速度返馈信号及电流传感器、位置传感器的反馈信号，从而控制功率变换器中主开关器件的工作状态，实现对双凸极电动机运行状态的最终控制。1．2双凸极磁阻电动机控制方式双凸极磁阻电动机的控制参数为：定子绕组电压Us、开通角00n与关断角00ff。双凸极磁阻电动机的控制就是如何合理改变这三个控制参数以达到运行要求。根据改变控制参数的不同方式，双凸极磁阻电动机有3种控制方式，即角度位置控制(AngularPositionCont

6、rol，简称APC)、电流斩波控制(CurrentChoppingControl，简称ccc)与电压控铕O(VoltageControl，简称vc)。其中，APC是电压保持不变，通过改变开通角和关断角调节电机转矩大小，适于电机较高速区，但是对于每一个由转速与转矩确定的运行点，开通角与关断角有多种组合，每一种组合对应不同的性能，具体操作较复杂，且很难得到满意的性能。CCC一般应用于电机低速区，是为限制电流超过功率开关元件和电机允许的最大电流而采取的方法，CCC实际上是调节电压的有效值，与APC类似，它也可以随转速、负载要求调节

7、开关角；VC是在固定的开关角条件下，通过调节绕组电压来控制电机转速，它分直流侧PWM斩波调压、相开关斩波调压与无斩波调压，而无斩波调压是通过调节整流电压以响应电机转速要求，在整个速度范围内只有一个运行模式，即单脉冲方式。2现代双凸极磁阻电动机控制策略2．1线性化控制双凸极磁阻电动机为祸合非线性多变量系统，将非线性控制的微分几何方法应用于双凸极磁阻电动机，对双凸极磁阻电动机实现了非线性状态反馈线性化控制，很好地补偿了双凸极磁阻电动机的非线性特性，解耦了定子相电流在磁阻转矩产生中的影响，但是这种控制策略的缺陷是，系统的实现需要知

8、道电机的所有参数，而且需要全状态(转子位置、转速、加速度、定子电流)可测[2】。采用单相参考转矩为梯形的转矩分配函数，使换相期间的原导通相转矩线性减小，新导通相转矩线性增大，并应用非线性转矩控制补偿反电势与电感的非线性特性，从而使原非线性系统线性化，改善了系统性能，减小了转矩脉动。基于线性