开关磁阻电机多目标协同优化设计
开关磁阻电机多目标协同优化设计宋受俊;葛乐飞;张蔓【摘要】针对开关磁阻电机存在多变量、强耦合、高非线性等特点以及传统方法较难快速而准确地获得其最优设计方案的问题，引入了多目标协同优化设计方法。
对协同优化算法进行了改进，提出了新型动态松弛因子法以及最优保留策略，在保证算法收敛性的同时，提高了其收敛速度及精度。
以效率及转矩脉动为目标，利用改进型协同优化算法对开关磁阻电机的初始设计方案进行了优化，得到了关键几何尺寸和控制参数的全局最优取值。
针对优化方案功率密度和热负荷较高的问题，设计了一个定、转子双水冷系统，并通过集中参数热网络模型证明了电机主要部位温度在工程允许范围之内。
分析结果表明，改进型协同优化算法的引入达到了提升电机效率并降低其转矩脉动的目的。
%Switched reluctance machine( SRM) has multi-variable, strong coupling and highly nonlinear characteristics, and it’ s not easy to find optimal design scheme quickly and accurately by traditional methods. To solve this problem, multi-objective collaborative optimal design method was introduced. Col-laborative optimization algorithm was improved, and novel dynamic relaxation factor method and elitist strategy were proposed to enhance the convergence speed and accuracy of the algorithm with guarantee of its convergence. Improved collaborative optimization algorithm was used to optimize the efficiency and torque ripple of the initial design scheme of SRM, and the global optimum values of key geometric dimen-sions and control parameters were obtained. According to the high power density and thermal load ofthe optimal scheme, a stator and rotor dual water cooling system wasdesigned. By using lumped parameter thermal network model, the temperatures of some important parts of SRM were verified to be acceptable for practical applications. The results of analysis show that application of improved collaborative optimiza-tion algorithm can increase the efficiency of the machine and decrease its torque ripple simultaneously.【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】8页(P68-75)【关键词】磁阻电机;多目标优化;协同算法;动态松弛法;最优保留策略;水冷系统;热网络模型【作者】宋受俊;葛乐飞;张蔓【作者单位】西北工业大学自动化学院，陕西西安710072;西北工业大学自动化学院，陕西西安710072;西北工业大学自动化学院，陕西西安710072【正文语种】中文【中图分类】TM352作为一种极具竞争力的新型机电一体化设备，开关磁阻电机（SRM）具有结构简单坚固、调速范围宽、起动转矩大、控制灵活、可靠性较高、成本较低以及适应恶劣环境等诸多性能优势［1］，在航空工业［2］、电动汽车［3］、新能源发电［4］、伺服系统［5］，家用电器［6］等领域具有巨大的发展潜力和广阔的应用前景。
然而，较低的运行效率、显著的转矩脉动极大地限制了SRM的进一步应用及推广。
如何快速而准确地对其进行优化设计及控制以突破技术瓶颈，一直是国内外学者研究的热点问题。
开关型供电模式以及铁心磁密的高度饱和使得SRM驱动系统具有多变量、强耦合、高非线性等特点，给设计及控制造成了较大的困难［7－8］。
国内外学者在该领域做了大量的工作，取得了显著进展，有效提升了SRM的性能［9－11］，部分学者在其工作中引入了优化思想［12－14］，为SRM的设计提供了新途径。
协同优化算法（COA）是由斯坦福大学的Ilan M.Kroo等学者提出的，非常适用于求解多学科复杂优化问题，在航空航天［15］、电力传输［16］、生产配送［17］等领域得到了广泛应用。
SRM的优化设计过程涉及到效率、转矩脉动等多个目标以及几何尺寸、控制参数等多个变量，是一个复杂的多维优化问题，而COA是一种层级优化思想，可以通过学科划分有效降低所求解问题的复杂度。
另外，研究发现SRM优化可以转化为只有定、转子极弧耦合的优化问题，而COA非常适用于求解学科内变量远远多于学科间耦合变量的松散耦合问题。
本文在SRM的优化设计及控制中引入了COA，在一定的优化目标及约束下，得到了关键几何尺寸和控制参数的全局最优解，在保证外形尺寸不变的前提下，提高了效率，减小了转矩波动，从而验证了方法的有效性，显示了其性能优势。
除电磁特性外，热特性是电机设计中需要考虑的另一个重要方面。
本文通过热特性分析发现所得优化方案的热负荷较高，温升较大，有必要设计散热系统。
目前，电机热特性分析方法主要分为数值法和解析法两类。
有限元法（FEM）是数值法的代表［11］，三维FEM的准确度较高，但处理过程复杂，计算量大，较为耗时。
集中参数热网络法（LPTN）是最常使用的热特性解析计算方法［18］，与FEM相比，LPTN能够在保证相当精度的同时，提高计算速度，且具有较强的灵活性。
本文设计了一个定、转子双水冷系统，并利用LPTN对优化方案进行了校核，结果证明电机各主要部分的温度均在工程允许范围之内。
COA是一种按学科对复杂问题进行分解、协调以及综合优化的方法，其基本思想为将复杂问题分解成一个系统级优化问题和若干个学科级优化问题，首先通过各学科的独立并行运算，在满足各自局部约束的前提下实现自身优化。
而后，学科级优化结果和约束信息被反馈至系统级，并通过系统级优化使学科间的不一致性达到最小。
经过多次迭代，直到达到最大优化代数或连续几代适应度值的均方差小于某一个正实数，最终得到一个符合学科间一致性约束的系统最优解。
其算法框架如图1所示。
其中，F（Z）为系统级目标函数，Z为系统级优化变量构成的向量，Zj为系统级第j维优化变量;Ji（Z）为系统的第i个约束条件，亦即第i个学科的目标函数;gi（Xi）为第i个学科的约束条件，Xi为由第i个学科中的优化变量构成的向量，Xij为第i个学科中的第j维优化变量;M为系统级优化变量的维数，N为划分的学科数;αij为一个系数，若第i个学科的第j维变量与系统变量耦合，则其值为1，反之为0。
在传统COA中，由于系统级一致性约束函数与优化变量没有直接关系，导致系统级约束函数可能是非光滑的，甚至是不连续的，而且可能产生局部最优，降低了算法的鲁棒性。
国内外学者对此提出了多种改进方法，如系统级敏感度法、响应面法、近似子空间法、松弛约束法等。
其中松弛约束法是较常用的方法，但松弛因子ζ的选取具有主观性，缺少理论依据。
ζ值太小，减小了可行解的搜索范围，太大又会使一致性约束失去意义。
文献［19］提出了一种动态松弛算法，并对动态松弛因子的选取方法进行了研究;文献［20］采用“或”逻辑把两个学科中以为半径的搜索空间叠加在一起，在一定程度上增强了COA的全局搜索能力。
但上述方法均只适用于两个学科，而且两个学科之间的维数必须相等。
在实际应用中，学科往往是3个以上的，并且学科之间维数不一定相等，对此本文提出了一种新型的动态松弛因子法。
在COA中，系统级优化可描述为在松弛算法中，引入松弛因子ζ，使系统级优化中的等式约束变为不等式约束，扩大搜索区间。
传统松弛算法中，各个约束条件的松弛因子ζi取值相等，这在各约束条件自变量维数相等的情况下是合理的，而对于不同维数的学科取相同的松弛因子，会导致各学科间优化的不平衡。
COA是解决自变量松散耦合的优化算法，各约束条件下的自变量维数一般不会相等，因此需要根据自变量的维数来分配松弛因子，在本文所提出的改进算法中，ζi是维数与离散程度的函数。
系统级的搜索空间为如下约束条件的解集。
就几何意义而言，系统级优化问题的搜索空间球心，以为半径的超球在空间的交集。
这就要求任意两球心的距离不大于两球半径之和，即其中，p、q分别为两个学科与系统耦合的维数。
由式（6）可知，第i个学科松弛因子的均方根必须满足该结果与文献［19］相同，故本文所提出的方法是文献［19］方法的推广，通用性更强。
大量的理论研究及工程实践表明，COA本身是收敛的，但在系统或学科级无法得到最优解时，COA也可能发散。
因此，选用合适的系统和学科级优化算法对保证COA的收敛性有很大作用。
本文采用粒子群算法，它具有计算简单、收敛速度快、鲁棒性强等优点。
任何一种算法在大量的计算中都只能以一定概率获得最优解，为了保证算法的收敛性，本文引入了最优保留策略，即如果本代的优化结果不比上代更优，则用上代结果替换本代。
另外，当最优解处于约束条件的边界时，由于一致性约束，有可能出现学科级优化结果满足约束条件，而系统级不满足。
为了避免这种情况，本文在系统级优化中将所有的约束条件作为罚函数。
图2所示为本文所提出的改进型粒子群COA的流程图。
为了验证改进型COA的优化能力，本文利用经典优化问题——压力容器优化设计对算法进行了测试。
图3所示为用于存放压缩气体的压力容器，它由位于两头的锻压半球帽和中间的轧钢圆筒组成，各部件通过焊接连成一个整体。
以制造成本最小为优化目标，制造成本包括材料、锻造和焊接成本，优化变量为半球帽厚度Th、圆筒厚度Ts、圆筒内半径R和圆筒长度L，而约束条件则遵照美国机械工程师学会（ASME）制定的锅炉和压力标准设置。
电动机智能控制中的多目标优化
电动机智能控制中的多目标优化电动机在咱们的日常生活和工业生产里，那可真是无处不在！从家里的风扇、洗衣机，到工厂里的各种大型机械，都离不开电动机的功劳。
咱今天要说的是电动机智能控制中的多目标优化。
这听起来好像很专业、很复杂，其实啊，它就像是给电动机找了个特别聪明的“管家”，能让电动机工作得更高效、更节能、更稳定。
我记得有一次，我去一家工厂参观。
那是个生产汽车零部件的大厂子，里面机器轰鸣，各种生产线忙个不停。
其中有一条电动机驱动的生产线引起了我的注意。
这台电动机不停地运转着，带动着一系列的设备工作。
但是我发现，它的运转速度好像不太稳定，有时候快，有时候慢，而且还发出一些不太正常的声音。
我就问旁边的工程师，这是咋回事？工程师无奈地摇摇头说，这就是因为没有进行好的智能控制和多目标优化啊。
他解释说，如果能对这台电动机进行更精准的智能控制，优化它的转速、扭矩、能耗等多个目标，不仅能让生产更稳定，提高产品质量，还能节省不少电呢！那到底啥是多目标优化呢？简单来说，就是不能只盯着一个方面，要同时考虑好多方面。
比如说，既要让电动机转得快，满足生产需求；又要让它别太费电，节约成本；还得让它运行稳定，减少故障和维修。
这就像是你既要吃好，又要省钱，还得保证健康，不容易吧？为了实现这些目标，科学家和工程师们可是想了好多办法。
他们会用各种先进的传感器来监测电动机的运行状态，就好像给电动机装上了无数双“眼睛”，能随时看到它的一举一动。
然后，通过复杂的算法和控制策略，来调整电动机的工作参数。
比如说，在一些需要高功率输出的时候，就让电动机全力以赴，像短跑运动员冲刺一样；而在不需要那么大力量的时候，就适当降低转速，节省能源，就像人散步一样轻松。
而且，还会根据电动机的负载变化，实时调整控制策略，确保它始终处于最佳工作状态。
还有啊，现在的智能控制技术还能让多台电动机协同工作，就像一个团队一样默契配合。
比如说，在一个大型的生产线上，可能有好几台电动机同时运转，如果它们之间不协调，就会出乱子。
电机的协同设计方法研究
电机的协同设计方法研究引言电机作为现代工业中不可或缺的关键组件之一，在各个领域中的应用越来越广泛。
由于电机设计的复杂性和多样化，传统的电机设计方法逐渐显露出局限性，需要采用更为高效和准确的协同设计方法进行研究。
本文将围绕电机的协同设计方法展开深入探讨，为电机设计领域的创新提供参考。
协同设计的概念与意义协同设计的定义协同设计是指通过多学科、多专业的合作，在设计开发的不同阶段，充分利用各方的专业知识和经验，通过信息共享、沟通与交流，共同完成一个设计项目的过程。
在电机设计中，协同设计方法能够促进设计人员之间的密切合作，提高设计效率和质量。
协同设计的意义1.提高设计效率：传统的电机设计流程通常存在信息隔阂和沟通不畅的问题，使用协同设计方法能够有效提高设计团队的工作效率，减少冗余工作，加快项目进展。
2.提高设计质量：协同设计方法将多学科、多专业的知识结合起来，能够全面考虑电机设计的各个方面，避免局限于某一专业视角的问题，从而提高电机的设计质量。
3.降低开发成本：通过协同设计方法，设计团队可以在设计过程中共享资源和信息，避免重复开发，减少资源浪费，从而降低电机设计的开发成本。
电机的协同设计方法多学科集成设计方法多学科集成设计方法是协同设计中的重要方法之一。
它通过将不同学科的专业团队进行紧密合作，共同解决电机设计中的问题。
在多学科集成设计方法中，可以分为以下几个步骤：1.建立协同设计团队：根据电机设计的需求，建立一个跨学科的设计团队，包括电机工程师、电控工程师、材料工程师等专业人员。
2.定义设计目标：明确电机设计的目标和要求，包括性能指标、功能要求等，以便于各个专业团队在设计过程中有一个明确的目标。
3.设计协同平台的建立：建立一个设计协同平台，用于各个专业团队之间的信息共享和沟通交流。
通过协同平台，各个团队可以实时分享设计资料和模型，提高设计效率。
4.并行设计过程：在多学科集成设计方法中，各个专业团队可以并行进行设计工作，通过不断的沟通与交流，实现设计的协同。
基于有限元方法的磁流变阻尼器多目标优化设计
ｄ ‘ 上 的 最 小 步进 值 。
当 ０时 ，无 约束 目标 函数 的 负 梯 度 方 向被 假 定 为搜
索 方 向 ，即 ：
法 ｎ 优 化 目标 阻 尼力 Ｆ和 可调 倍 数 Ｄ 线 性 组 合成 了新 ０将 的 目标 函数 。其 数学 模 型 如 下 ：
Ｇ ＝ ＣＦ ｃ９ １＋ ２ （） ６
ｄ ∽ ＝ 一 （ ∽，ｇ ０Ｑ ）＝ ｋ ｉ ‘ ｑ （ ｍ ｉ Ｏ － ）＋
ｋｌ ‘ “ （ １ １）
的 数 量 级 及 其 重 要 程 度 。本 文 采 用 均 匀 计 权 法 ，Ｃ： １ Ｉ ：， ｃ
并 令 Ｈ＝ ／ Ｉ Ｇ。
为 了保 证 阻 尼 器 的 外 形 安 装 尺 寸 和 活 塞 行 程 不 变 ， 同 时 又 能 获得 更 好 的阻 尼 性 能 ，本 文 选 取 了工 作 间 隙 ｈ和 结
制造 业信
式 （ ） 中 ：Ａ ＝ ｒ（ ｒ 为 活 塞 有 效 面 积 ，尺 为 活 ２ Ｔ Ｒ一２ ｅ ）
ｓｔ ． ．０ ５≤ ≤ １ ２≤ 卜 ｒ ／ ： ． ａｔ ４。 １５≤ ｃ ｒ ｉ ｏ≤ ． — ａｔ ３， ０５≤ ｏ≤ ．
塞 半 径 ，ｒ 活 塞 杆 半 径 ；Ａ ． （ Ｒ ）为 工 作 间 隙 面 为 Ｐ ＝ 。 一 积 。Ｒ 为 活 塞 缸 内 孑 半 径 ；ｗ ２ｒ 为 活 塞 间 隙 周 向 近 似 Ｌ ＝＂ ｔ Ｒ 值 ：Ｚ 活 塞 的有 效 长 度 ；ｈ为 工 作 间 隙 ；Ｔ为 磁 流 变 液 的 为
阻尼 器 的 可调 倍 数 计 算模 型
Ｄ＝
可表 示 为 ：
（） ４
后 利 用 目标 函 数 和优 化 变 量 惩 罚 函数 的导 数 在 设 计 空 间上
(完整版)三相6_4极开关磁阻电机转矩特性分_析与优化设计毕业设计
密级：内部三相6/4极开关磁阻电机转矩特性分析与优化设计Analysis and Optimal Design of Torque Characteristics of Three-phase 6/4 Pole SwitchReluctance Motor学院：电气工程学院专业班级：电气工程及其自动化1003班姓名：陈运楷指导教师：张殿海（讲师）2014年6月摘要近年来随着电力电子技术和控制技术的发展，诞生了一种新的特种电机—开关磁阻电机。
该电机具有结构简单、调速性能优良、成本低廉、可靠性高、起动转矩大、效率高等优点。
因此，被广泛应用于牵引传动、通用工业、家用电器等众多领域。
然而，由于开关磁阻电机的双凸极结构所引起的磁路非线性和饱和效应以及特殊的供电方式，与传统的电机相比存在着振动和噪声大的缺点，这就大大限制了开关磁阻电机向更多应用领域的拓展。
因此为了得到更好的开关磁阻电机的动静态性能，如何降低转矩脉动和抑制噪声已经成为今后开关磁阻电机控制系统的研究重点。
首先根据开关磁阻电机的运行机理，以三相6/4极开关磁阻电机作为分析模型，利用ANSOFT软件中的Maxwell模块完成电机的建模和分析。
其次通过修改开关磁阻电机转子极弧系数以及在转子表面开口的方法，改善电机的输出转矩特性。
结合MATLAB软件分析修改转子对平均转矩和转矩脉动的影响。
最后利用实验室自行开发的多目标优化软件对平均转矩和转矩脉动进行多次优化，经过比较后找到最佳解，得到平均转矩提高、转矩脉动下降的结果，达到优化设计的最终目的。
关键词：开关磁阻电机；转矩脉动；平均转矩；优化设计AbstractIn recent years, with the development of power electronic technology and control technology, a new motor called switch reluctance motor, which has so many advantages such as simple structure, excellent performance of speed adjustment, low cost, high reliability, and large starting torque, high efficiency was developed. Therefore, it was applied in many fields such as traction drive, general industrial, and household appliances etc.However, due to the double salient structure of switch reluctance motor which caused nonlinearity of the magnetic circuit and saturation effect as well as the special power supply pattern, compared with the traditional motor the vibration and noise is significant. This feature greatly limited the application of switch reluctance motor to more fields. Therefore, in order to achieve the better dynamic and static performance for the switch reluctance motor, how to reduce the torque ripple and noise has become the hot spot of the future research of switch reluctance motor and its control system.Firstly, according to the operating mechanism of the switch reluctance motor, a three-phase 6/4 pole switch reluctance motor is taken as the analysis model, the torque characteristics is analyzed by utilizing the ANSOFT Maxwell module.Secondly, in the optimization model, the rotor pole arc coefficient and sub-slot on the surface of rotor are taken as the design variables, the torqueripple and average torque are taken as two objective functions. The MATLAB software is applied to calculate the average torque and torque ripple from the Maxwell results.Finally, a multi-objective optimization algorithm which was developed by the laboratory is applied to find out the optimal solution. In order to determine the global optimal solution, the optimization procedure was carried out twice. From the results, the average torque and torque ripple characteristic were improved.Keywords：Switch reluctance motor; torque ripple; average torque; optimal design目录摘要 (I)A bstract........................................................................................................................ I I 第1章绪论 (1)1.1课题背景及意义 (1)1.2课题国内外研究现状及趋势 (3)1.2.1国内发展趋势 (3)1.2.2国外发展趋势 (4)1.3课题主要研究内容 (5)1.4本章小结 (6)第2章开关磁阻电机特点与设计方法 (7)2.1三相6/4极开关磁阻电机的结构与原理分析 (8)2.1.1三相6/4极开关磁阻电机的结构 (8)2.1.2三相6/4极开关磁阻电机的运行原理 (9)2.2开关磁阻电机分析与设计方法 (11)2.2.1 基于Ansoft 的开关磁阻电机有限元分析介绍 (11)2.2.2 转矩脉动、噪声和振动产生的根源 (13)2.2.3 采用的设计方法 (13)2.3本章小结 (14)第3章开关磁阻电机建模 (15)3.1创建电机几何模型 (15)3.1.1创建项目 (15)3.1.2建模过程 (16)3.2材料定义及分配 (21)3.3激励源与边界条件定义及加载 (23)3.4运动选项设置 (27)3.5求解选项参数设定 (28)3.6磁力线与磁密云图 (31)3.7外电路与有限元连接 (33)3.8本章小结 (34)第4章开关磁阻电机优化设计 (35)4.1优化与设计 (35)4.1.1多目标优化简介 (35)4.1.2响应表面的应用 (36)4.2修改转子极弧系数及结构 (37)4.3求解转矩 (38)4.4利用MATLAB求解平均转矩和转矩脉动 (41)4.5优化过程 (44)4.5.1一次优化 (45)4.5.2 二次优化 (46)4.6本章小结 (50)第5章结论 (51)参考文献 (53)致谢 (56)第1章绪论1.1课题背景及意义开关磁阻电机（Switch Reluctance Motor简称SR电机）具有结构简单、转子无绕组、无永磁体、可靠性高等特点，且有控制方式灵活、调速性能好等许多优点。
电动车用开关磁阻电机驱动系统多指标同步优化
电动车用开关磁阻电机驱动系统多指标同步优化朱曰莹;杨传甜;赵桂范;王大方【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2018(022)010【摘要】为了提高电动汽车用开关磁阻电机综合性能,在获得开关磁阻电机磁链特性曲线的基础上建立了其非线性动态模型;以改善平均转矩,降低转矩脉动,提高电机效率为目标,提出了一种多指标同步优化开关角度的方法,建立了最优开通角、关断角与转速、负载转矩之间的函数关系;设计了基于可变开通角、关断角的驱动系统优化控制器;定义了均方根电流比例系数、转矩平顺度比例系数和等效功率比例系数3个概念,将多指标同步优化策略与平均转矩最优化策略进行了对比分析,分析及实验结果表明:利用多指标同步优化开关角度的方法建立的转矩优化控制器能很好地平衡平均转矩、转矩脉动和电机效率3个参数指标,达到了优化开关磁阻电机转矩动态特性的目的.【总页数】10页(P25-34)【作者】朱曰莹;杨传甜;赵桂范;王大方【作者单位】天津科技大学机械工程学院,天津300222;天津市轻工与食品工程机械装备集成设计与在线监控重点实验室,天津300222;天津科技大学机械工程学院,天津300222;哈尔滨工业大学汽车工程学院,山东威海264209;哈尔滨工业大学汽车工程学院,山东威海264209【正文语种】中文【中图分类】TM352【相关文献】1.电动汽车用开关磁阻电机驱动系统研究 [J], 高旭东;张嘉航;刘海成;马成2.电动车用开关磁阻电机驱动系统转矩脉动优化设计 [J], 朱曰莹;杨传甜;徐海港3.电动车用开关磁阻电机驱动系统 [J], 李明辉;徐少辉4.开关磁阻电机驱动系统在电动车驱动控制中的多指标同步优化 [J], 韩敬贤5.开关磁阻电机驱动系统在电动车驱动控制中的多指标同步优化 [J], 韩敬贤因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
55kW空压机用开关磁阻电机的参数优化设计研究
Classified Index：TM352 Secrecy Rate：Publicized UDC：621 University Code：10082Hebei University of Science and TechnologyDissertation for the Master Degree Research on Parameter Optimization Design of55kW Switched Reluctance Motor for AirCompressorCandidate：Yang HongxiaSupervisor: Prof. Meng HuaEnterprise Supervisor：Engi. Wang ZhiguoAcademic Degree Appplied for：Master of EngineeringSpeciality：Electrical EngineeringEmployer：School of Electrical EngineeringDate of Oral Examination: June, 2018摘 要摘要单螺杆空压机的能效水平取决于驱动电机的转速和效率。
与传统的异步电机相比，开关磁阻电机结构简单、具有良好的调速性能、可靠性高、成本低，适用于单螺杆空压机的驱动，有利于提高空压机的效率。
但是开关磁阻电机在运行时的振动和噪声偏大，因此降振减噪是开关磁阻电机优化设计的首要任务。
本文首先阐述了开关磁阻电机的基本结构和工作原理，详细分析了开关磁阻电机的基本方程和理想线性情况下的数学模型。
然后根据单螺杆空压机的性能要求，基于开关磁阻电机的基本设计理念，设计了一台55kW三相12/8极开关磁阻电机，并利用Ansoft软件对电机进行有限元仿真分析。
其次针对开关磁阻电机噪声的主要来源，对电机的径向磁力进行了解析分析和数值计算，得到了径向磁力的数学表达式，提取了影响电机径向磁力的主要结构参数，并对主要结构参数进行了参数化仿真分析，为开关磁阻电机优化变量的选取提供了理论依据。
开关磁阻电机的电磁设计
开关磁阻电机的电磁设计开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，简称SRM）是一种利用磁阻力产生转矩的电机。
在SRM电机中，转动部件是一个由一系列磁场互相耦合的铁磁材料构成的转子，它和定子之间没有任何电磁感应元件。
因此，SRM电机具有许多优点，例如结构简单、容量小、重量轻、高效率以及低成本等。
SRM电机的电磁设计是SRM电机设计中的一个重要环节。
其设计目标是使电机的转矩和功率因数优化，并使其达到高效率运行。
为了实现这个目标，需要进行以下几个方面的电磁设计。
首先，需要确定电机的工作原理和各种性能指标。
在SRM电机的设计中，常用的工作原理是磁阻推力原理。
在该原理下，通过改变定子上电流的大小和方向，可以产生一个斥力，进而驱动转子转动。
因此，需要确定电机的定子电流和栅极火花的位置和数量等参数。
其次，需要进行电机的磁路设计。
磁路设计主要包括定子和转子的磁路结构设计。
在定子的磁路设计中，需要确定定子的槽形和定子线圈的绕组方式。
在转子的磁路设计中，需要确定转子的磁阻分布和转子磁通闭合的路径。
通过对定子和转子的磁路设计，可以优化电机的磁通分布，提高电机的磁阻和转矩。
然后，需要进行电机的线圈设计。
线圈设计主要包括定子线圈和转子线圈设计。
定子线圈设计中，要考虑线圈元件的形状和尺寸，以及线圈的绕组结构和电流密度。
转子线圈设计中，要考虑转子线圈的尺寸和形状，以及线圈的绕组方式和电流密度。
通过优化线圈的设计，可以提高电机的工作效率和功率因数。
最后，需要进行电机的性能评估和优化设计。
性能评估主要包括电机的转矩、功率因数、效率等。
通过对电机的性能进行评估，可以找出电机的不足之处，进行相应的优化设计，以提高电机的性能。
总之，SRM电机的电磁设计是SRM电机设计中的一个重要环节。
通过合理的电磁设计，可以提高电机的转矩和效率，实现电机的高效运行。
但是，电磁设计还需要考虑其他因素，如电机的机械设计、控制系统设计等。
开关磁阻电机控制系统设计
摘要开关磁阻电机调速系统是一种新型电机调速系统，结构简单，成本低，调速性能优异，是传统交、直流电机调速系统的强有力竞争者，具有强大的市场潜力。
本文以DSP为控制核心，研究并设计了15kW三相12/8极SRM的调速实验系统，用于SRM控制技术的研究。
本文概述了开关磁阻电机调速系统(Switched Reluctance Drive，简称SRD)及其发展和研究现状，论述了其主要研究方向，阐述和分析了开关磁阻电机的结构、运行原理以及系统控制。
并且对SRD系统总体硬件结构进行了设计。
采用不对称半桥型结构，在进行了相关功率器件选型计算的基础上设计了该SRD调速实验系统的功率变换器。
然后，以TMS320LF2407为核心设计了开关磁阻电机控制系统的硬件电路，给出了包括电流检测、位置检测、故障保护等部分电路的详细设计，充分利用了DSP的丰富外设资源，达到了简化电路结构、提高运行可靠性的目的。
另外本文讨论了开关磁阻电机控制软件的设计，采用模块化编程方法，采用基于多中断的控制程序，提高了控制软件的效率。
最后，利用MATLAB/SIMULINK对上述12/8极开关磁阻电机调速系统建立了非线性仿真模型，并对该系统进行了仿真实验，实现了调速，并达到了开关磁阻电机调速系统研究和设计的预期目标，验证和深化了前文所取得一些理论成果，同时也为更近一步研究打下了基础。
关键词：开关磁阻电机；调速系统；DSP；MATLAB/SIMULINK；仿真ABSTRACTSwitched Reluctance Drive system is a new motor drive system. It has many good features for example simple structure, low cost and excellent driving performance. It's the strongest competitor to traditional AC and DC drive system, so it has powerful future.This paper developed a speed experimental system for a 3-phase 12/8-pole SRM of 15 kW based on TMS320LF2407 DSP, which can be used for the technical research on SRM control.The thesis summarizes the development and research of switched reluctance drive (SRD), discusses the main research direction. The structure of SRM, operation principle, and the control scheme of the SRD are elaborated and analyzed. And the whole structure of hardware is schemed out for the SRD speed experimental system. Adopting the dissymmetry half-bridge structure, a power converter is designed for the system after selection calculation of the corresponding devices. Then, TMS320LF2407 DSP is used to design the hardware circuits of SRM control system, and design details including the current detection, position sensing, fault protection and PWM output etc. are provided. Because of the full use of the abundant peripheral resources of DSP, it comes to the aim simplifying the circuit structure and heightening the reliability. Also, the thesis discusses the routine designing issue. Because the modularized programming method is adopted, and multi-interrupt processing technique is used, operation efficiency of the control software is highly raised. At last, with the MATLAB/SIMULINK a nonlinear simulation model for the foregoing 12/8-pole SRM control system is established. And the simulation experiments have been done on this model. Speed adjustment is realized, and other targets on the research and design of SRM control system are reached, which establishes a good foundation for further research.Keywords：Switched Reluctance Motor; Drive System; DSP; MATLAB/SIMULINK；Simulation目录1 绪论 (1)1.1开关磁阻电机的发展概述 (1)1.2开关磁阻电机调速系统组成 (2)1.3开关磁阻电机调速系统研究现状和方向 (2)1.4本文研究的内容 (4)2 开关磁阻电机原理 (5)2.1开关磁阻电机的基本结构和运行原理 (5)2.1.1电机结构 (5)2.1.2运行的原理 (6)2.1.3电机的基本方程 (7)2.2开关磁阻电机调速系统的基本控制方式 (8)2.2.1角度控制方式(APC) (9)2.2.2电流斩波方式(CCC) (10)2.2.3电压斩波PWM控制方式 (11)2.2.4组合控制 (13)2.3系统控制方式及控制策略的确定 (13)3 SRD调速实验系统硬件设计 (15)3.1 SRD系统设计方案 (15)3.2基于TMS320LF2407控制器的SRD系统硬件结构设计 (16)3.3功率变换器设计与选型 (18)3.3.1功率变换器主电路的选择 (19)3.3.2功率开关器件的选择及参数计算 (19)3.3.3 IGBT驱动电路的设计 (21)3.4控制、检测和保护电路的设计 (22)3.4.1转子位置检测 (22)3.4.2 PWM输出电路 (23)3.4.3电流检测电路 (24)3.4.4故障检测与保护电路 (25)3.4.5键盘与显示电路 (27)4 软件设计 (29)4.1总的设计思路 (29)4.2主程序设计 (29)4.2.1初始化子程序 (29)4.2.2键盘和显示子程序 (31)4.2.3功率驱动保护子程序 (32)5 SRD系统仿真 (34)5.1基于MATLAB/SIMULINK的SRD非线性仿真模型的建立 (34)5.2 CCC方案下SRD仿真模型 (35)5.3 仿真结果 (40)6 总结 (45)参考文献 (46)翻译部分 (48)中文译文 (48)英文原文 (57)致谢 (68)1 绪论开关磁阻电机调速系统(Switched Reluctance Drive，SRD)是80年代中期发展起来的新型调速系统[1]。
开关磁阻电机的结构优化设计研究的开题报告
开关磁阻电机的结构优化设计研究的开题报告一、题目：开关磁阻电机的结构优化设计研究二、研究背景与意义：开关磁阻电机是一种新型的电力驱动技术，能够克服传统电机在高速、大功率和高精度应用中出现的问题，具有高效、高性能、低噪音和低成本等诸多优点。
因此，开关磁阻电机的应用前景广阔，已成为电机领域研究的热点之一。
然而，开关磁阻电机作为一种新型电机，其结构设计和性能分析方面的研究仍相对较少，一些关键技术难题亟待解决。
因此，对开关磁阻电机的结构优化设计进行深入研究，可为其应用提供更可靠、更高效的技术支持，具有重要的理论和实际意义。
三、研究内容和思路：本研究将通过理论分析、数值模拟和实验研究等多种方法，深入研究开关磁阻电机结构的优化设计。
主要研究内容包括：（1）分析开关磁阻电机的结构特点和工作原理，建立电磁场模型，并对其进行数值仿真分析，以确定其结构设计的基本原则；（2）基于磁场分析和热场分析，优化开关磁阻电机的结构参数，寻求最优设计方案，并对其进行理论和数值分析；（3）利用实验平台，对设计的开关磁阻电机进行制造和测试，验证其性能，并对其实验数据进行分析和总结。
四、研究预期成果：本研究通过对开关磁阻电机的结构优化设计研究，预期可以获得以下成果：（1）深入分析开关磁阻电机的结构特点和工作原理，建立电磁场模型，并对其进行数值仿真分析，为开发该电机提供理论基础；（2）对开关磁阻电机的结构参数进行优化设计，提出一系列优化方案，并进行理论和数值分析，为其应用提供更可靠、更高效的技术支持；（3）通过实验制造和测试，验证研究所得的结构设计方案，并对实验数据进行分析和总结，为开关磁阻电机的商业化应用提供技术支持。
五、研究进度计划：本研究计划分为以下阶段：（1）阶段一：开题阶段（1个月）：对开关磁阻电机的相关文献进行深入了解和研究，确定研究方向和重点，完成开题报告和研究计划书；（2）阶段二：理论研究阶段（4个月）：分析开关磁阻电机的结构特点和工作原理，建立电磁场模型，并对其进行数值仿真分析，确定其结构设计的基本原则；（3）阶段三：结构优化设计阶段（6个月）：根据理论分析和数值仿真结果，优化开关磁阻电机的结构参数，寻求最优设计方案，并进行理论和数值分析；（4）阶段四：实验制造和测试阶段（6个月）：利用实验平台，对设计的开关磁阻电机进行制造和测试，验证其性能，并对其实验数据进行分析和总结；（5）阶段五：论文撰写阶段（2个月）：撰写论文并进行修改完善。
开关磁阻电机磁极结构优化与工程设计软件研发.pdf
表２．１常见电机主要参数的典型取值Ｔａｂｌｅ２－ｌＴｈｅｍａｉｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｙｐｉｃａｌｖａｌｕｅｓｏｆｃｏｍｍｏｎｍｏｔｏｒ相数ⅣｓＭ见／Ｄ，８ｓ８ｔ三相６４Ｏ．５３００３２。
三相１２８０．５７１６。
１５。
四相８６０．５３２３０２１。
２．铁心长度与转子外径的比值兄，定义五讹，其中厶是铁心长度，名的取值严重影响着电机的性能指标和经济指标，当取值较大时，电机较细长，电机绕组端部的长度占整个绕组的比例相对很小，因此电机的整体铜量较少，这种细长的铁心也使端部磁场的影响减弱，这样一来，在二维模型下计算得到的磁化曲线的误差减小。
同时电机的转动惯量较小，对电机的起动和调速性能有很好的帮助，但也使得电机的通风条件变差；反之，当比值较小时，电机相对较粗短，此时的情况正好相反幢引。
参考中小型交流电机的经验数据，兄一般取值为Ｏ．５～３．０。
本文取值为１．２，即铁心长度ｌａ＝；ｔ．Ｄａ＝１３５．５ｍｍ３．开关磁阻电机实际上存在着两个气隙，通常提到的气隙ｇ是指定子极表面与转子磁极表面之间空气的距离，也称为第一气隙，另一个气隙∥指的是定子磁极表面到转子槽底之间的气隙，通常被称为第二气隙，他们分别影响着电机电感的最大值和最小值。
小型电机的气隙通常不小于０．２５ｍｍ，为了减小电机的振动和噪声，应该适当的增大气隙的取值，一般情况下，开关磁阻电机的气隙等于或者稍微小于同容量的异步电机的气隙船¨。
综合实际，取气隙ｇ＝０．４ｍｍ。
４．选取转子轭高ｋ时，应保证轭部铁心出现最大磁通密度时不会达到过饱和，考虑到存在两相以上绕组同时导通的情况，轭高较好的取值是：ｈＣｉ＂＝（１．２－１．４）等（２－２４）式中，ｋ是转子的极宽，在不影响转轴强度情况下，ｋ可以取的相对较大的值，本文取ｈ。
：１５．７７ｍｍ，定子轭高ｈ。
的选取同转子轭高相同。
５．每相绕组串联匝数的确定。
由开关磁阻电机的方程可知，每相绕组的·串联匝数如公式（２－２５）所示通过上面公式计算得Ｎｐｈ＝７６。