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磁阻电机调速系统技术

磁阻电机调速系统技术

开关磁阻电机调速系统(SRD)是继直流调速和变频调速之后发展起来的新一代无级调速系统,由于开关磁阻电机(SRM)具有结构简单、起动转矩大、效率高等特点,使SRD非常适用于电动汽车和采煤采矿等传动控制领域。但SRM的双凸极结构和易饱和特性导致其具有严重非线性的特点及输出转矩随电流和转子位置变化、运行时存在转矩脉动大的问题。 为改善开关磁阻电机调速系统运行性能,一般采用PI调节器实现系统的闭环控制,

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开关磁阻电机调速系统(SRD)是继直流调速和变频调速之后发展起来的新一代无级调速系统,由于开关磁阻电机(SRM)具有结构简单、起动转矩大、效率高等特点,使SRD非常适用于电动汽车和采煤采矿等传动控制领域.但SRM的双凸极结构和易饱和特性导致其具有严重非线性的特点及输出转矩随电流和转子位置变化、运行时存在转矩脉动大的问题.

为改善开关磁阻电机调速系统运行性能,一般采用PI调节器实现系统的闭环控制,但系统的参数整定往往要通过反复试验来确定,且运行中PI参数不可调,导致开关磁阻电机调速系统性能难以最优化,这无疑限制了开关磁阻电机的工业应用.设计参数自适应的转速电流调节器将有效改善SRM调速系统的运行性能.本文建立了SRM转速、电流双闭环控制系统,并设计了双环PI参数自适应调节器,使其具有良好的转速响应及低转矩波动特性.利用直流电机转速、电流环校正方法及小信号分析法设计出PI参数自适应的电流及转速调节器;依据转速高低采用双模式运行控制,低速时采用转矩电流间接控制,高转速时采用直接电流控制.

依据SRM的电压方程和运行特性,建立了SRM转矩方程的s域小信号动态模型,进一步得到转子角速度与绕组电流的小信号关系.设计了PI参数自适应的电流调节器,参考直流电机转速电流双闭环控制系统设计方法,为使电流环具有较好的快速性,将系统的电流环校正成典型I型系统,使电流环在任意转子位置都具有满足设计要求的电流响应特性.然后,建立转速环s域小信号动态模型,同样设计了PI参数可变的转速调节器,并将系统的转速环校正为典型II型系统,使转速环在任意转子位置都具有良好的稳态性能及转速动态响应特性.电流调节器与转速调节器的比例和积分系数随转子位置自适应变化,可在不同的转子位置实现几乎相同的闭环特性.为达到降低转矩波动的目的,低速、高速采取不同的控制策略,在低速时将转速调节器的输出作为参考转矩,通过转矩表达式推导出参考电流,进而降低转矩波动,而在高速时,由于转矩波动频率较高,对系统转速和噪声影响减小,故将转速调节器的输出直接作为参考电流.

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