开关磁阻电机控制系统仿真研究

陆朱卫,顾怀敏（. 三江学院，江苏南京，00；. 福特汽车工程研究（南京）有限公司，江苏南京，00）

开关磁阻电机控制系统仿真研究

陆朱卫1,顾怀敏2
（1. 三江学院，江苏南京，210012；2. 福特汽车工程研究（南京）有限公司，江苏南京，211100）

开关磁阻电机具有低成本、高效率、结构简单、灵活的可控性和优良的调速性能的优点，得到越来越广泛的应用。本文采用直接瞬时转矩控制策略对开关磁阻电机进行控制，利用MATLAB/SIMULINK建立仿真模型，仿真结果表明该方法响应速度快、转矩脉动小、调速精确高，是一种先进的调速方法。

开关磁阻电机；直接瞬时转矩控制；MATLAB

0 引言

随着能源危机的到来和环境污染的加剧，人们越来越重视清洁可再生能源的开发。电动汽车作为新一代的交通工具，在节能减排、减少人类对传统化石能源的依赖方面具备传统汽车不可比拟的优势。

开关磁阻电机（SRM）具有结构简单、性能优异、成本低和可靠性高等优点，是一种潜力很大的电动汽车用驱动电机，在未来市场占有重要地位。仿真研究在开关磁阻电机控制系统中起到非常重要的作用，它可以模拟电机的运行状态，分析电机的性能。本文采用直接瞬时转矩控制策略对开关磁阻电机进行控制，以三相6/4结构为例，利用MATLAB/SIMULINK建立仿真模型，进行仿真分析，给出仿真结果。

1 SRM的结构和原理

开关磁阻电机的定子和转子均采用凸级结构，定子上有集中绕组，转子上无绕组和永磁体，空间相对的定子齿上的绕组串联成一相。根据定子和转子极数的不同，有多种电机结构，以三相6/4结构电机为例，其结构如图1所示。包含定子铁芯、转子铁芯、定子绕组。

图1 三相6/4结构开关磁阻电机

当其中一相绕组通电时,该相定子的两极之间会产生一个磁场,由于磁场的分布要遵循“磁阻最小原则”,即绕组间的磁通总沿着磁阻最小的路径闭合。所以,当电机的转子凸极轴线与定子凸极轴线不重合时,转子上便会产生磁阻力的作用,从而形成转矩拖动转子趋于磁阻最小的位置,即两轴线重合位置。

图2 SRM的直接瞬时转矩控制系统

图3 仿真模型

2 SRM直接瞬时转矩控制

直接瞬时转矩控制策略在抑制SRM的转矩脉动方面具有较多的应用，且具有较好的控制效果，它通过预设的转矩分配函数得到电机的各相参考转矩，将各相绕组的瞬时转矩作为控制对象，在确定的导通角内，通过转矩滞环的方法来调节导通相的功率电路开关状态，以实现对各相瞬时转矩的控制，使合成转矩输出平滑。该方法控制系统结构简单，鲁棒性好，能够实现对瞬时转矩的实时闭环控制，避免转矩开环控制造成的转矩脉动。

由图2可知，SRM的直接瞬时转矩控制系统主要包括PI速度调节器、转矩计算单元、转矩滞环控制单元、功率变换电路和电机本体。从整体上看，此控制系统采用双闭环控制结构，外环为速度环，实现速度跟踪的目的；内环为转矩环，实现转矩跟踪的目的。

3 仿真模型建立

采用MATLAB/SIMULINK建立开关磁阻电机的仿真模型，如图3所示，其中外环为速度环，通过速度差得到给定转矩T*，给定转矩通过转矩分配函数把转矩分配到各相绕组得到各相给定转矩Tk*，转矩估算模块计算出电机各相绕组的实际转矩Tk，内环为转矩环，Tk*和Tk通过滞缓比较单元形成开关信号来控制功率开关电路，功率开关电路驱动开关磁阻电机运行。

4 仿真结果分析

在仿真模型中给定转速为2000rpm，负载转矩为0，仿真波形分别如图4、5、6所示。

从图中可以看到，转速上升过程比较平稳，响应速度快，没有静态误差；启动过程电流较大，进入稳态后电流很小，符合实际情况；转矩脉动较小，说明直接瞬时转矩控制可以有效的减小转矩脉动。

5 结论

图4 转速波形

图5 电流波形

图6 转矩波形

本文研究了开关磁阻电机的直接瞬时转矩控制，利用MATLAB/SIMULINK建立控制系统的仿真模型，仿真结果表明该仿真策略具有稳定、高效、响应速度快、转矩脉动小、调速精确高等优点，可以广泛应用在开关磁阻电机调速系统中。

[1]孟耀辉.无位置传感器的开关磁阻电机的控制策略及软件开发[D]. 济南：济南大学，2013

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Study on Simulation of Switched Reluctance Motor Control System

Lu Zhuwei1,Gu Huaimin2
（1.Sanjiang University,Jiangsu Nanjing,210012; 2.Ford motor engineering research (nanjing) co., LTD,Jiangsu Nanjing,211100）

Switched reluctance motor has the advantages of low cost, high efficiency, simple structure, flexible controllability and excellent speed adjusting performance. It’s more and more widely used in many areas. In this paper, the direct instantaneous torque control strategy is used to control the switched reluctance motor. The simulation model is established based on MATLAB / Simulink. The simulation results show that the method has fast response, small torque ripple and high precision. So it is a kind of advanced control method.

Switched reluctance motor; Direct instantaneous torque control; MATLAB

文献标识码：A