论文总字数：33352字

摘 要

开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，SRM）具有结构简单，坚固耐用，可控性好，成本低等诸多优点，广泛应用于电动车，家电，工业生产等领域，一直以来都是电机控制领域的研究重点。但是，因为开关磁阻电机也有能量转换密度低，接线数多，需要配套专门的控制器等缺点。其中，由于开关磁阻电机具有双凸极结构，在常规控制方式下转矩脉动大。因此，转矩脉动抑制一直是开关磁阻电机调速系统研究中的热门。本文对开关磁阻电机转矩脉动抑制算法进行了深入研究和仿真，并提出了一个基于模糊控制的开关磁阻电机直接转矩控制算法。

本文首先讨论了开关磁阻电机的背景和选题意义，对国内外研究现状进行调研，分析开关磁阻电机的工作原理，并建立数学模型。然后通过Matlab/Simlink平台进行仿真研究。先是建立CCC控制方法的仿真模型，在此基础上讨论其弊端，分析转矩脉动产生的原因，比较各种控制方式的优劣。随后建立直接转矩控制的模型，并以此为基础，提出一种改进模糊开关表的直接转矩控制模型。最后，为了提升控制系统的动态性能和转矩测量准确度，在转速环加入了模糊控制，并与滑模控制进行了效果对比。

关键词：开关磁阻电机，转矩脉动，直接转矩控制，模糊控制。

Abstract

Switched Reluctance Motor (SRM) has many advantages, such as simple structure, robust and durable, good controllability, low cost and so on. It is widely used in electric vehicles, household appliances, industrial production and other fields, and has always been the research focus of Motor control field. However, the switched reluctance motor also has disadvantages such as low energy conversion density, large number of connections and the need for special controllers. Among them, the switched reluctance motor has a double salient pole structure, and the torque ripple is large in the conventional control mode. Therefore, torque ripple suppression has been a hot topic in the research of switched reluctance motor (SRM) speed regulation system. In this paper, the torque ripple suppression algorithm of switched reluctance motor (SRM) is studied and simulated, and an SRM direct torque control algorithm based on fuzzy control is proposed.

In this paper, the research status of the ripple suppression of SRM are described, the operating principle is discussed, including the relevant mathematical function. Then carry out simulation research through Matlab/Simlink platform. Firstly, the simulation of CCC control method is carried out. On this basis, the causes of torque ripple are analyzed. Various control methods are compared, with their disadvantages. Then the DTC model is established, and an improved DTC model based on fuzzy switch table is proposed. Finally, in order to improve the dynamic performance and torque measurement accuracy of the control system, fuzzy control is added to the rotating speed loop, and the effect is compared with the sliding mode control.

Key word: Switched Reluctance Motor, torque ripple, direct torque control, fuzzy control

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 选题背景及意义 1

1.2 开关磁阻电机概述 1

1.2.1 开关磁阻电机的发展 1

1.2.2 开关磁阻电机研究热点 2

1.2.3 开关磁阻电机转矩脉动抑制技术的发展 3

1.3 本文研究内容 5

第二章 开关磁阻电机数学分析 6

2.1 开关磁阻电机的基本原理 6

2.2机电方程 7

2.2.1 电路方程 7

2.2.2 机械方程 8

2.2.3 机电联系方程 8

2.3数学模型 10

2.3.1 线性模型 10

2.3.2 准线性模型 11

2.3.3 非线性模型 13

2.4 本章小结 13

第三章 开关磁阻电机转矩脉动产生原因与传统控制方法 14

3.1转矩脉动产生的原因 14

3.1.1电机本体结构的原因 14

3.1.2控制方法的原因 15

3.2传统控制方法 15

3.2.1 APC 15

3.2.2 CCC 17

3.2.3 CVC 18

3.3 传统控制方法仿真分析 19

3.4 本章小结 21

第四章 直接转矩控制的研究与仿真 22

4.1 直接转矩控制技术原理 22

4.2 直接转矩控制实现方案 24

4.3 直接转矩控制仿真 27

4.3.1 功率变换电路 28

4.3.2 磁链坐标变换 29

4.3.3 开关表选择模块 30

4.4 仿真分析 30

4.4.1 磁链轨迹 31

4.4.2 转矩波形分析 31

4.5 本章小结 32

第五章 基于模糊控制的直接转矩控制 33

5.1 模糊控制介绍 33

5.2 模糊控制器的结构与设计 34

5.3 模糊PI调节器 35

5.4 改进模糊直接转矩控制器 37

5.5 模糊直接转矩控制仿真 41

5.5.1 磁链轨迹 42

5.5.2 转矩波形分析 43

5.5.3 转速波形分析 46

5.6 本章小结 47

第六章 滑模控制与模糊控制对比分析 48

6.1 滑模控制基本原理 48

6.2 滑模控制器设计 50

6.2.1 滑模抖振问题 50

6.2.2 趋近律选择 50

6.2.3 基于指数趋近律的滑模控制器 51

6.3 滑模控制仿真 52

6.4 本章小结 55

第七章 总结与展望 56

7.1 全文总结 56

7.2 展望 56

参考文献 57

致 谢 60

第一章 绪论

1.1选题背景及意义

随着现代社会工业水平的不断提高，自动化在生产生活的地位越来越重要。而各种电机是自动化不可或缺的一部分。生产生活中到处都有电机的影子，小到日常家电，大到军工航天。因此，对电机的研究具有广阔的前景。特别是我国还处于工业的发展期，工业用电中电机用电占比达70%以上，但是高效电机的占比仅5%，大大阻碍了工业化的进程。开关磁阻电机单位体积输出功率达到异步电机或直流电机的2-4倍，并且本身兼具交直流调速的优点，如果将其广泛应用于我国的生产生活中，效果巨大。

开关磁阻电机有很多的优点。首先，它遵循磁路最小原理，不同于其他电机的“电磁感应”原理，转矩方向与绕组电流方向无关，只与各相的通电顺序有关，所以功率转换电路各相只需一个功率开关，大大简化了电路结构。其次，开关磁阻电机各相独立运行，不像其他电机需要各相相互作用形成旋转磁场，因此能够缺相运行，使系统整体可靠性提高。另外，开关磁阻电机的转子结构简单，既无绕组也无永磁体，因此可以在高温高震动等恶劣环境中运行。此外，还具有调速范围宽，易于实现四象限运行，启动阶段电流小，适用于负载速度变化频繁等诸多优点^[1]。

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