開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)全工況運(yùn)行及其控制研究.pdf

1、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（Switched Reluctance Machine Drives，以下簡(jiǎn)稱SRD）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、在寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)均具有較高效率；而且，由于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)（Switched Reluctance Machines，以下簡(jiǎn)稱SR電機(jī)）轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組，電機(jī)容易冷卻，所以，SR電機(jī)可以應(yīng)用于比較高溫和惡劣的場(chǎng)合。 SRD具有較好的四象限運(yùn)行能力，然而目前對(duì)SR電機(jī)電動(dòng)運(yùn)行研究較多，較少關(guān)注SR電機(jī)發(fā)電運(yùn)

2、行，尤其是發(fā)電控制系統(tǒng)及性能優(yōu)化方面的研究不多。本文以SRD的SR電機(jī)及其控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)SR電機(jī)全工況運(yùn)行進(jìn)行研究。本文主要研究?jī)?nèi)容如下： 首先，對(duì)SR電機(jī)全工況運(yùn)行基本理論進(jìn)行了線性和非線性分析，給出了電感、電流、轉(zhuǎn)矩、磁鏈等參數(shù)的統(tǒng)一解析表達(dá)式，深入分析了SR電機(jī)全工況運(yùn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。 其次，建立了模塊化、功能化的SR電機(jī)全工況驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通用模型。由于SR電機(jī)磁路存在著嚴(yán)重的非線性，因此其電機(jī)模型及其驅(qū)動(dòng)

3、系統(tǒng)的性能分析與傳統(tǒng)電機(jī)差異較大。本文利用傅立葉級(jí)數(shù)表達(dá)式，采用一種簡(jiǎn)化磁鏈的方法，得到了SR電機(jī)非線性模型，并將其推廣到發(fā)電運(yùn)行模式，結(jié)合控制系統(tǒng)，給出了一種新型的SR電機(jī)全工況驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通用模型，為理論分析和實(shí)驗(yàn)研究提供了仿真平臺(tái)。 第三，研究了離散滑模變結(jié)構(gòu)控制及其改進(jìn)算法在開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（Switched Reluctance Motors，以下簡(jiǎn)稱SRM）中的應(yīng)用。本文對(duì)滑?？刂圃赟RD中的應(yīng)用做進(jìn)一步研究，提出了速度環(huán)

4、離散滑模-PI復(fù)合控制，電流環(huán)混合PI控制的綜合控制算法，在良好統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的基礎(chǔ)上，有效地減小了滑模控制在穩(wěn)態(tài)點(diǎn)附近的“抖振”，使系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)性能得到了改善。 第四，對(duì)SR電機(jī)發(fā)電運(yùn)行進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)通角和關(guān)斷角的位置，SR電機(jī)可以工作在電動(dòng)和發(fā)電工況。圍繞著SR電機(jī)發(fā)電運(yùn)行這一領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)（Switched Reluctance Generators，以下簡(jiǎn)稱SRG）發(fā)電原理、建模與仿真、控制

5、策略、運(yùn)行特性以及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)展開(kāi)了進(jìn)一步的研究。 第五，研究了SRG電壓閉環(huán)系統(tǒng)模糊自整定PI控制。將模糊自整定PI控制應(yīng)用到SRG控制中，能很好的解決PI參數(shù)整定困難的問(wèn)題。外環(huán)為電壓閉環(huán)，采用模糊自整定PI控制，內(nèi)環(huán)為電流閉環(huán)，考慮到電機(jī)飽和對(duì)控制性能的影響，對(duì)電流PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)獲得了良好的動(dòng)靜態(tài)響應(yīng)。 第六，研究了電流控制下SR電機(jī)角度優(yōu)化問(wèn)題。為了提高系統(tǒng)的效率及減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)

6、，本文以磁鏈特性為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)在線計(jì)算優(yōu)化開(kāi)通關(guān)斷角，設(shè)計(jì)了優(yōu)化控制器，取得了良好的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。 第七，結(jié)合風(fēng)力機(jī)特性對(duì)SRG最大風(fēng)能捕獲進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。分析了SRG適用于風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)，提出了SRG風(fēng)能最大捕獲策略，設(shè)計(jì)了SRG風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了風(fēng)能最大捕獲控制。 最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了SR電機(jī)全工況運(yùn)行的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。研制了基于DSP和CPLD數(shù)字化電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)，編制了SR電機(jī)全工況運(yùn)行控制程序，