开关磁阻电动机&模糊控制&仿真

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1、1绪论⒈1引言开关磁阻电动机作为电动汽车驱动系统中常用的三大交流电机之一，近年来，在电动汽车用电动机的开发和应用中引起了人们的普遍关注。电动汽车的开发热潮在国际上先进工业国家中非常引人注目，电动汽车（electricvehicles）是以电池为动力的汽车，是涉及机械、电力、电子、计算机控制等多种学科的高科技产品，具有全电控、易于智能化，低噪声、零排放、综合利用能源的优点，是当今汽车工业解决能源和环保等问题的主要途径，必然成为21世纪取代燃油汽车的城市主要交通工具。电动汽车在研究开发中存在的关键问题主要有两个：即高性能的电池的开发和高性能电动

2、机的开发及控制系统的研究。目前已开发的高性能电动机品种很多，从各种资料来看，主要有直流电动机，交流感应电动机，无刷直流电动机以及开关磁阻电动机，主要使用的驱动系统有直流电动机驱动系统，交流感应电动机驱动系统，永磁同步电动机交流驱动系统和开关磁阻电动机驱动系统。过去几十年里，直流电机及其驱动系统由于直流电机易于控制的特点在电动汽车上应用很多。但是由于采用机械换向结构，维护困难，并要产生火花，尤其是对无线电的干扰，这对高度智能化的未来电动汽车是致命的弱点。同时，直流电机及其驱动系统体积大，制造成本高，速度范围有限，重量重等因素限制和阻碍了直流电

3、机在电动汽车中的进一步应用[24]。随着电力电子技术和计算机技术的发展及现代控制理论的应用，使得机电一体化的交流驱动系统以其效率高，驱动力大，有效的再生制动，工作可靠和几乎无需维护等优越性，开始越来越多地应用于电动汽车中。目前，在交流电机驱动系统中用得较多的是交流感应电动机，参看表1.1和表1.2美国通用汽车公司和日本丰田汽车公司对几种不同类型电机在电动汽车中的评价[25]149，其综合性能好，成本低，受到好评。永磁同步电动机由于采用高磁能稀土永磁制成，成本高，应用较少。而开关磁阻电动机是80年代开始发展起来的一种新型机电一体化调速电机，对

4、比其他调速电动机，其突出优点在于结构简单、坚固，工作可靠，启动性能好，调速性能好，而且成本低，效率高，具有较好的综合性能，特别适用于低转速大转矩的负载，在电动机的开发中备受关注。本文正是对这一新型调速电动机的调速控制系统进行了研究。SR电动机不仅在电动汽车驱动系统受到人们的普遍关注，而且SR电动机以其独特的调速特性在航空，通用工业，家用电器等各个领域均显示出强大的市场竞争力。因此研究开关磁阻电动机及其调速系统具有较大的工程实际意义。表1.1美国通用汽车公司对各类电机的评价直流电机永磁无刷直流电机开关磁阻电机感应电机最高效率85—8995—9

5、7—9091—9410%负载时的效率80—8773—8293—94最高转速4000—60004000—1000015000以上9000—15000成本/单位轴功率（美元/kw）20—305—202.75—5配套控制器的相对成本13.7—6.04—102.5—3.0电机的牢固性好尚可优优表1.2日本丰田汽车公司对电动汽车用电机的评价直流电动机感应电动机永磁同步电动机控制性很好好很好可靠性一般很好好效率一般好很好体积一般好很好成本很好好一般1.2开关磁阻电动机1.2.1开关磁阻电动机的基本性能图1.1SRD系统整体结构框图八十年代以来，新一代的

6、驱动系统——开关磁阻电动机驱动系统SRD（SwitchedReluctanceMotorDrives）以其结构简单，工作可靠，调速范围广，控制方式灵活，效率高及成本较低等优点脱颖而出，成为世界各国电机工程界的关注焦点，被认为是未来具有很强竞争力的一种变速驱动系统（其结构框图如图1.1所示）。149其执行元件——开关磁阻电动机SRM（SwitchedReluctanceMotor）是一种新型调速电动机。它与旋转电动机、直线电动机一样也是一种能量转换装置，所不同的是，旋转电动机与直线电动机是将电能转换为旋转运动机械能和直线运动机械能，转换过程遵

7、循磁场-感应电流-磁场的作用过程。而SRM转换过程是利用了磁场和磁场力所具有的特性：磁场力的作用朝着减少磁路磁阻的方向。因此它的结构较其他任何一种电动机都要简单，采用双凸极结构，单边励磁，在电动机的转子上没有滑环、绕组等转子导体和永磁磁铁等，只在电动机的定子上安装有简单的集中励磁绕组。励磁绕组的端部较短，没有跨接线，磁通量集中在磁极区，通过定子电流来励磁，各相磁路的磁阻是随转子位置不同而不同。转子的运转是依靠磁引力来运行，转速可达1.5万r/min，在较宽的转速范围和较宽的转矩范围的效率可达到85%–93%，比三相感应电动机要高，其转矩-转

8、速特性好，在较宽的转速范围内，转矩、转速可灵活控制，调速控制较简单，并可实现四象限运行，有高的启动转矩和低的启动功率，非常适合于电动汽车的驱动系统等。1.2.2开关磁阻电动机的基