开关磁阻电机稳态特性的等效磁网络模型分析方法：II.系统仿真

根据上文所建立的数学模型，结合系统的驱动模式，对电机在角度位置控制方式下的稳态运行特性进行了仿真分析。首次研究了开关磁阻电机中系统磁场储能的变化对电机动态转矩的影响，发现稳态运行时开关磁阻电机中电磁转矩的脉动主要不是由电机磁场储能的变化引起的，而是由输入电机的电磁功率的脉动引起的。本文计算结果与实验结果非常接近，证明所建立的模型是正确的。     

开关磁阻电动机稳态特性的研究

用等效磁网络模型方法给出了开关磁阻电动机稳态特性的计算结果，结合系统的驱动电路和驱动逻辑建立了开关磁阻电动机稳态分析的实验模型，分析了开关磁阻电动机稳态运行过程中绕组电流、磁场储能和动态转矩的变化情况，尤其是对电机磁场储能的研究。详细的仿真分析证实了该方法的可行性，通过实验进一步证实了该方法的有效性。     

基于非线性模型的开关磁阻电机关断角对系统性能的影响

关断角是开关磁阻电机驱动系统中一个十分重要的控制参数,尤其是在电机的优化运行阶段,关断角的微小变化往往会影响到电机的性能指标,如有效输出转矩、转矩脉动系数、电流及转速等。基于开关磁阻电机的有限元非线性模型对系统的饱和与非线性电磁特性进行了研究,在Simulink环境下建立开关磁阻电机系统的非线性动态仿真模型,将有限元计算的静态电磁数据导入到系统模型中。在此基础上,针对关断角参数进行了仿真研究,分析了关断角对开关磁阻电机系统转矩脉动、有效输出转矩的影响。结果表明：综合考虑各性能指标,合理选择关断角有助于实现开关磁阻电机系统的优化运行,从而提高电机的运行效率。     

电动车用开关磁阻电机驱动系统转矩脉动优化设计

开关磁阻电机驱动系统的转矩脉动严重影响了电动汽车的性能。为了达到电动汽车用开关磁阻电机转矩脉动优化的目的,在Matlab/Simulink环境中建立了开关磁阻电机非线性动态模型;利用动态模型仿真得到的转矩数据分析了开通角和关断角对转矩脉动的影响规律;以降低转矩脉动为目标,得到了电机转矩脉动最优化开通角以及最优化关断角与转速之间的关系;设计了基于开通角和关断角可随转速变化的优化控制器。通过优化前后对比分析表明,本文建立的优化控制器能有效抑制开关磁阻电机的转矩脉动,为电动汽车用开关磁阻电机驱动系统的优化提供一定的参考价值。     

12/10极绕组变结构双模式开关磁阻电机系统运行性能研究

采用多相系统可以提高开关磁阻电机功率密度、降低电机转矩脉动,但功率器件开关频率和损耗也随之提升,影响电机高速运行性能。采用少相系统更适合开关磁阻电机高速运行,但其低速效率较低、转矩脉动较大。针对单一运行方式难以同时满足电机低速和中高速运行需求的问题,提出一种既可以六相运行也可以三相运行的12/10极绕组变结构双模式开关磁阻电机。基于线性模型从电路角度推导电机三种不同绕组连接方式的转矩关系,利用有限元法对比分析电机六相和三相运行的静态电磁特性和稳态运行性能,通过六相/三相运行模式切换系统仿真模型,对电机变转速工况下模式间切换进行系统运行性能分析,最后搭建样机实验平台,验证理论推导和系统模型的正确性以及六相和三相运行模式间切换的可行性。仿真和实验结果表明,通过切换运行模式可以提高电机整体性能和利用率。     

基于DITC的开关磁阻电机转矩脉动最小化研究

转矩脉动是开关磁阻电机较为突出的缺点.本文基于直接瞬时转矩控制(DITC)的概念,直接控制瞬时转矩跟随参考转矩,并结合转矩滞环控制器,阐述了减小转矩脉动的控制原理.针对一台3相12/8极开关磁阻电机,建立了Matlab环境下SRM系统的仿真模型.仿真结果和实验结果如实地反映了开关磁阻电机的运行特性,验证了本文所用的直接瞬时转矩控制能有效地减小转矩脉动.     

开关角对斜槽转子SRM稳态转矩的多目标优化

开关磁阻电机转子斜槽结构可有效减小电磁径向力,但会导致转矩特性变化。针对该问题,给出了线性模型下斜槽转子开关磁阻电机稳态转矩的解析方法,然后建立了四相8/6极开关磁阻电机模型,采用三维有限元仿真方法,计及端部漏磁,以电流开通角、关断角和转子斜槽角度为优化参数,以平均转矩变化量最小和转矩脉动最小为优化目标,基于正交试验法设计试验方案,通过极差和方差分析确定了相应参数的优组合,并将优化前后的转矩特性进行了比较,结果表明:小的斜槽角度对转矩特性的影响并不大,优化后电机的平均转矩相比优化前只变化了16.01%,但其转矩脉动下降了23.63%。     

SRM转矩脉动抑制的控制策略分析

开关磁阻电机运行中转矩脉动比较明显,由此引起的电机噪声及转矩波动制约了其在高性能控制领域的应用.优化电机的结构设计及采用合适的控制技术是抑制开关磁阻电机转矩脉动的2种主要方法.在对开关磁阻电机转矩脉动产生机理分析的基础上,从控制的角度综述了开关磁阻电机转矩脉动抑制的若干解决方案的要点,分析了各种控制方法的优缺点,从而对...     

新型轴向磁通转子错角斜极SRM研究

由于开关磁阻电机定转子呈双凸极结构以及其磁场具有饱和性和强非线性,使该电机在运行时会产生较大的转矩脉动和噪声。本文针对开关磁阻电机转矩脉动较大的特点,提出了一种新型电机结构——轴向磁通转子错角斜极电机,并对该电机进行了有限元仿真,详细分析该电机结构的电感、转矩脉动、损耗等特性并将改进的电机结构与传统开关磁阻电机进行了对比。仿真结果表明,结构改进后的电机改善了传统磁阻电机的性能,增大了平均转矩,减小了转矩脉动,提高了电机效率。     

双凸极永磁电动机磁阻转矩和转矩脉动的关系研究

目前针对双凸极永磁电机的转矩脉动,研究工作主要集中在对换相引起的转矩脉动进行消除和抑制。考虑到双凸极永磁电机一个显著特点是电磁转矩为磁阻转矩和永磁转矩的耦合,所以从磁阻转矩的角度来分析双凸极永磁电机的转矩脉动。建立一台12/8极双凸极永磁电动机的数学模型,并通过有限元计算得出其静态参数。在此基础上通过不同电流、不同转速下多种仿真结果得出磁阻转矩对电机电磁转矩的脉动影响随着电机负载的增加成正比增加,并提出通过合理选择定转子极弧长度及磁钢参数来减小磁阻转矩、增加永磁转矩,最终减小磁阻转矩对电机转矩脉动的影响。仿真结果验证了所提出的方法。     

基于预测电流控制算法的开关磁阻电机转矩脉动抑制策略

针对传统开关磁阻转矩脉动抑制策略中采用电流滞环控制方法带来的电流动态跟踪能力弱而引起转矩脉动大这一问题,提出一种基于线性转矩分配函数策略下的无差拍电流预测方法,提高电流跟踪特性,减小因电流跟踪能力弱引起的转矩脉动。根据电机运行中电流分布特征及电流变化率,灵活选择"正压零压"、"负压零压"等PWM调制模式,确定最佳的功率变换器励磁、续流、退磁模式组合,提高在不同运行模式下电流控制的准确度,在不增加开关频率或改变滞环宽度条件下,使实际电流时刻跟踪给定。搭建三相12/8极开关磁阻电机仿真模型及实验平台,考虑磁场饱和、高速运行、低速运行、负载突变等工况,对转矩脉动指标进行对比。实验结果表明,在线性转矩分配策略下电流预测控制策略能有效减小开关磁阻电机的转矩脉动,提高电机运行效率。     

基于换相重叠角实时变化的SRM转矩脉动抑制控制策略

开关磁阻电机因其特殊的双凸极结构及严重的非线性问题，会导致有很大的转矩脉动存在，严重限制了其应用范围。传统的转矩分配函数受转矩特性和电压限制等影响，在换相期间仍然存在较大的转矩脉动，并且在不同的速度段，受电流变化率及换相周期的影响，在换相重叠角固定时，其转矩脉动现象会更加明显。本文提出一种换相重叠角随转速实时变化的控制策略，通过检测电机运行过程中实际转矩过零点所对应的角度，计算出相对应的换相重叠角，并建立转矩负载-电机转速-换相重叠角之间的查值表，据此可以在不同负载下随着电机转速变化查询最合适的换相重叠角，使开关磁阻电机的转矩脉动最小。最后为了验证该策略的有效性与可行性，以一台3 kW、3相12/8极开关磁阻电机为控制对象进行仿真与实验验证，证明所提方法能够在较宽的速度范围内有效抑制开关磁阻电机的转矩脉动。     

开关磁阻电机无电流传感器控制方法

电流传感器的使用会增加系统的成本和噪声干扰，降低系统的可靠性。而对于开关磁阻电机系统，缺少电流信号难以保证良好的控制性能。针对该问题，提出一种无电流传感器控制方法。该方法采用速度、加速度双闭环控制，因此反馈量均由位置传感器得到。首先，从两个方面分析了所提出控制方法的可行性：(1)证明了该方法的收敛性；(2)证明了在稳态下加速度和电磁转矩的近似线性关系，并依此分析了加速度控制和转矩控制的等效性。根据电机的磁链特性，对加速度环，提出具有三个滞环边界的滞环控制方法。兼顾电机效率和转矩脉动，合理地选择了开通角、关断角。实验电机为12/8开关磁阻电机。分别采用电压斩波控制方法、直接转矩控制方法和所提出的控制方法运行电机，对其电流、电磁转矩和转速波形进行了比较。结果表明，在控制效果上，所提出的控制方法与直接转矩控制方法相当，优于电压斩波控制方法。除此之外，电流与电磁转矩呈复杂的非线性关系，直接转矩控制方法需要进行电流和电磁转矩的换算。而由于加速度与电磁转矩的近似线性关系，所提控制方法无需计算电磁转矩，因此计算量更小。     

基于响应面法的三相开关磁阻电机阶梯气隙的优化设计

开关磁阻电机的高转矩脉动影响了该种电机的直驱应用,本文以直驱电动工具为应用背景,对开关磁阻电机的阶梯气隙进行优化设计,以降低其转矩脉动。首先给出了开关磁阻电机基于均匀气隙的电磁设计方案,以该方案为基础,研究了电机转矩脉动、单位相电流所产生平均转矩值随阶梯气隙的变化关系,然后将响应面法与遗传算法相结合对开关磁阻电机的阶梯气隙进行了优化设计研究,最后进行了样机试制、样机性能测试实验及样机的实际电动工具工作实验,实验结果表明了样机电机的良好性能及阶梯气隙优化设计的效果。     

基于RBF神经网络的开关磁阻电机转矩脉动控制

开关磁阻电机的双凸极结构和高度的非线性电磁特性会引起严重的转矩脉动。针对这一问题,提出了一种基于径向基函数神经网络的瞬时转矩控制方法。利用径向基函数神经网络较强的泛化和逼近能力,结合开关磁阻电机样本数据和控制要求,设计转矩观测器,实现电流、角度到转矩的非线性映射。然后将转矩作为转矩内环的反馈,直接控制瞬时转矩跟踪转速外环输出的参考转矩,再结合转矩滞环控制器完成电机的转矩控制。仿真和实验结果表明,所提控制策略具有响应速度快、控制精度高、可适应转速变化等优点,能有效地减小开关磁阻电机的转矩脉动。     

开关磁阻电机调速中转矩脉动最小化的研究

转矩脉动是电动机输出转矩波动较大的一种现象,与正弦波电机相比,由于开关磁阻电机的双凸极结构,它的转矩脉动非常大。开关磁阻电机的单相绕组的磁场分布以及转矩—电流—转子位置角的特性曲线都决定了在电机运行期间转矩脉动的数量。在抑制SRM转矩脉动方面的研究主要是从电机设计和电机控制两个方面进行展开,主要对转矩脉动的起源以及各种消除转矩脉动的方法进行了详细阐述,并结合当前最新的发展趋势进行了介绍。偏重于从电机控制角度来研究转矩脉动的抑制方法。     

样条函数仿真开关磁阻电机稳态特性

鉴于开关磁阻电机的电磁关系很复杂,采用Ansys有限元分析软件计算开关磁阻电机的磁链曲线和矩角特性,利用有限元计算结果建立了开关磁阻电机的数学模型,采用样条函数仿真法实现开关磁阻电机的电流和转矩波形计算,仿真样机稳态特性。     

一种改善开关磁阻电机运行性能的新型结构转子

为提高开关磁阻电机的起动转矩,减小运行中的转矩脉动,通过研究开关磁阻电机的电流和转矩特性,提出了一种新型的转子结构。在Matlab/Simulink环境下建立了开关磁阻电机的动态仿真模型并进行了仿真实验。实验结果证明在相同的控制算法下采用该新型结构的转子能够达到提高电机起动转矩、减小运行中转矩脉动,改善电机运行性能的目的。     

两种转子结构无轴承开关磁阻电机的转矩脉动研究

由于磁阻性的转矩和开关电源的供电方式,较大转矩脉动成为开关磁阻电机较为突出的缺点,这也成为阻碍开关磁阻电机推广应用的一大障碍,无轴承开关磁阻电机作为一种特殊的开关磁阻电机同样存在转矩脉动大的问题。文章从电机转子结构的角度出发,研究了传统转子结构和宽转子结构的无轴承开关磁阻电机转矩脉动,为衡量转矩脉动,定义了转矩脉动系数,并在平均转矩相同的情况下,对转矩脉动系数作出定量分析;仿真结果证实了分析的正确性。     

基于迭代学习控制的开关磁阻电机转矩脉动抑制

迭代学习控制具有算法简单,且控制过程不需要预知被控系统模型和参数的特点。针对开关磁阻电机转矩脉动较大的问题,将迭代学习控制(ILC)引入到开关磁阻电机的转矩控制中。以一台8/6极开关磁阻电机为研究对象,建立了基于ILC的开关磁阻电机调速系统的仿真模型,构建了以TI公司TM320F2812为控制核心的基于ILC的开关磁阻电机调速系统的实验平台,并分别进行了系统的计算机仿真和实验研究,仿真和实验结果证明了基于ILC的控制方法能显著减小开关磁阻电机转矩脉动。