基于simulink开关磁阻电机直接转矩控制研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第6期(总第193期)机械工程与自动化NO．62015年12月MECHANICALENGINEERING8LAUTOMATIONDec．文章编号：1672—6413(2015)06—0158—03基于Simulink的开关磁阻电机直接转矩控制的研究梅柏衫，孟悦然，刘东阳，高宁(上海电力学院电气_T-程学院，上海200090)摘要：由于具有特殊的工作原理，开关磁阻电机在常规的控制方式下会产生很大的转矩脉动，限制了其应用范围。针对这一问题，对开关磁阻电机的直接转矩

2、控制进行了研究，并在MATLAB／Simulink环境下搭建了8／6级开关磁阻电机直接转矩系统仿真模型。结果表明：应用直接转矩控制开关磁阻电机，运行时的转矩脉动明显减小，拥有良好的调速性能和转矩动态响应。关键词：开关磁阻电机；直接转矩控制；转矩脉动；Simulink中图分类号：TM352：TP391．7文献标识码：A0引言T≈．(3)开关磁阻电机具有结构简单、成本低、调速范围广等特点，近年来引起了国内外学者的广泛关注。开关其中：(，)为定子绕组相磁链；0为转子位置角。磁阻电机调速系统的发展从20

3、世纪8O年代起步，由相绕组是单级性驱动的，所以开关磁阻电机每相于其研究历史尚短，又涉及到电力电子、电机学、控制电流都是正向电流，转矩的正负主要取决于磁链偏导理论等多个学科领域_1]，且开关磁阻电机具有复杂的的符号[3]。由式(3)可以看出，开关磁阻电机在保持定非线性特性，对其深入研究仍具有很大困难。从目前子磁链幅值不变的情况下，当定子磁链超前于时，电的国内外发展水平来看，无论在理论上还是在应用上机转矩增大；定子磁链滞后于0时，电机转矩减小。都存在不少问题，有待于进一步的研究与完善。1．2直接转矩

4、控制原理直接转矩控制已经很好地应用于异步电机控制系直接转矩的控制思想是将转矩作为直接控制的对统当中，体现了简单实用，动态响应快的优点，大大优象，通过实时转矩与给定转矩的比较，输出调整的电压于传统的控制方法。本文基于Simulink对开关磁阻信号，把转矩限定在一个滞环宽度内，从而达到控制电电机直接转矩控制进行了研究。机的目的]。1开关磁阻电机直接转矩控制原理开关磁阻电机的直接转矩控制通常采用软开关的1．1开关磁阻电机磁链与转矩特性功率变换模式，根据开关管的通断状态，在此模式下开电机一相基本电压方程

5、为：关磁阻电机的任意一相的功率变换电路都具备3种状态lc，如图1所示。U一Ri+．(1)其中：为第k相磁链；i为第k相电流；R为第k相电阻。在开关磁阻电机中，定子电阻很小，则式(1)可简化为：d：U．(2)(a)+1状态(b)0状态(c)一1状态图1功率变换器开关状态由公式(2)看出，通过选择合适的定子电压矢量可对于四相的开关磁阻电机，每相绕组电压矢量有以改变定子磁链，使定子磁链幅值恒定]，达到直接转3种状态可以选择，那么总共就有3即81种状态，而矩控制的目标。实际的电压矢量只需8个即可。同时，

6、在电机的实际由开关磁阻电机每相的电压方程及转矩理论可运行过程中，电压矢量的选择也有一定的约束条件。知，在某一时刻，电流视为恒定值，则开关磁阻电机的具体的矢量分布图如图2所示，一共8个电压矢量，位转矩T可描述为：收稿日期：2015—07—27；修订日期：2015—10—10作者简介：梅柏杉(1957-)，男，湖南湘潭人，硕士生导师，教授，本科，研究方向：电力传动，智能电网风力储能。学兔兔www.xuetutu.com2015年第6期梅柏衫，等：基于Simulink的开关磁阻电机直接转矩控制的研究‘

7、159·于各个扇区的中心。功率变换器是利用Simulink模块中提供的基本开关模块搭建封装，本系统采用不对称半桥回路。磁链计算模块将四相磁链进行坐标变换，变换到静止坐标系a一上，并计算出磁链的幅值和相角。滞环模块根据转矩和磁链反馈量与参考量的差值，判断出磁链和转矩的变化需求。开关表根据磁链和转矩变化的需要，结合磁链所在的扇区，计算出响应的电压矢量。3仿真结果与分析为验证本文所研究内容，在MATLAB／Simulink环境下搭建了开关磁阻电机直接转矩控制系统，四相开关磁阻电机参数为：定子电阻R==

8、=0．01Q，转动惯量J：==0．004kg·ma，摩擦因数f=0．01，最大磁链0．36Wb。(1)在直接转矩调速系统中，给定负载转矩为图2四相电压矢量与扇区分布图T一0Nm，即空载运行，给定转速为一1500r／min，图3为磁链矢量位于k区的情况。由图3可知，实验结果如图5所示。稳定之后的转矩响应图如图6当定子磁链在区域k中，u+能够使磁链幅值增加并所示。两种控制方式的磁链响应图如图7所示。且使转矩增大，u一能够使磁链幅值增加并且使转矩；、1减小。通过己，抖使转矩增加而不改变磁链幅值。口‘菩