浅探开关磁阻电机建模
浅探开关磁阻电机建模
开关磁阻电机（SRM）的结构和工作原理比较简单，具有十分广泛的应用前景。SRM模型对于电机的优化设计、动态性能和效率的评估以及实现对电机的高性能控制都有至关重要的影响。但由于SRM定子、转子的双凸极结构、绕组电流的非正弦特性以及铁心磁通密度的深度饱和，使得SRM的精确数学模型很难建立起来。对此，许多学者进行了大量而深入的研究，所用的建模方法也有多种，大体上包括函数解析法、有限元分析法、磁网络模型法、神经网络和模糊法等。
1 函数解析法
该方法是用函数解析式来表达相电感或是磁链与电流和角度的关系。在探索准确的函数解析式的过程中，大体上经历了线性模型、准线性模型和非线性模型三个阶段。最早采用的是用线性化描述的曲线来定性地估算电机的各项性能，但是这种模型并不考虑电流变化对电感的影响，只能用来分析电机结构与性能之间的关系。但该模型与实际情况相比仍有较大误差，不能满足较高控制性能的需要。
实际应用中便产生了近似考虑磁路饱和效应的准线性模型，即将实际的非线性曲线分段线性化，同时也不考虑相间的耦合。推导出SRM在线性区和饱和区的转矩控制特性，该模型有一定的精度，但对电机电流与转矩的估值依然有相当大的误差。
要想更精确地分析各种性能，就必须要建立SRM的非线性模型。袁晓玲给出经过改进后的相电感拟合曲线的余弦解析式，该式中不含指数项，也不考虑四次以上的谐波影响，总体精度较高且运算简单，但依然存在局部误差较大的缺陷。文献[2]给出了一个考虑得非常全面的磁链解析式。该式不仅考虑了相电流与转子位置的作用，还加入了电机几何与材料特性的影响，并在此基础上推导出电磁转矩的解析式。这使得控制性能大大提高，但因为该模型的运算量很大，所以同时也对硬件提出了很高的要求。
为了得到具有较高工程精度又可以直接利用电机结构参数快速计算电机性能的模型，有的学者提出了用快速非线性法来建模。徐国卿利用三个特殊位置的磁链/电流关系建立SRM磁化特性曲线。文献[4]则采用四个特定转子位置的磁化曲线，
(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 Switch Reluctance 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
开关磁阻电机 控制
江苏大学硕士学位论文 摘要 开关磁阻电机是上世纪70年代发展起来的新型调速电机，具有结构简单坚固、起动性能好、成本低、容错性好、可四象限运行等突出优点。ISAD（Integrated Starter Alternator Damper）系统是混合动力汽车中起动、助力、发电、阻尼多功能一体化的系统。将开关磁阻电机应用于混合动力汽车ISAD系统，可提高汽车整车性能，降低汽车油耗和排放，具有很好的应用前景和研究价值。 本文以12/10结构开关磁阻电机在混合动力汽车ISAD系统中的应用为研究背景，重点研究了开关磁阻电机在起动、助力、发电状态的运行控制。结合开关磁阻电机的数学模型，分析了开关磁阻电机在电动与发电状态下的运行特点。根据ISAD系统的性能要求，分别提出了开关磁阻电机在起动、助力、发电三种工作模式下的控制方法。在此基础上，构建了开关磁阻电机的ISAD系统实验平台，设计了开关磁阻电机的控制软件。所设计的开关磁阻电机ISAD系统，通过对不同状态下反馈输入，判断运行状态并根据所在状态调节控制参数。能够在一定负载下带载起动；在助力状态下以效率最优和转矩最优模式为发动机助力；在发电状态，能够为蓄电池提供恒流和恒压两种模式的闭环充电。实验证明，研究的开关磁阻电机ISAD系统运行控制方法性能良好，具有很好的应用前景。 关键词：开关磁阻电机，ISAD，混合动力汽车，DSP I
江苏大学硕士学位论文 AΒSTRACT Switched Reluctance Motor（SRM）is a novel drive machine developed since 1970s, with the inherent characteristics of simple and rugged construction, good start performance, low-cost, fault tolerant and four-quadrant operation capability,. Integrated Starter Alternator Damper (ISAD）is a system within Hybrid Electrical Vehicle (HEV), combining the starter, alternator, and Damper. The application of SRM in ISAD is prospective for .well performances of the whole HEV, lower oil consumption and emission. Focused on a 12/10 SRM applied in ISAD for HEV, the control scheme of SRM is studied. Considering the mathematical model of SRM, the characteristics of SRM in the motor and generator operation are analyzed . According to the performance requirement of ISAD, control strategies of SRM in starter, booster and Alternator modes are presented respectively. Then the SRM-based ISAD experimental platform is established, the control software is also designed. The designed system recognizes running mode with the current and voltage feedback, and then adjusts control parameters accordingly. When in starter mode, it starts with load to idle speed. When in boost mode, it boosts the engine with efficiency and torque optimum. When in alternator mode, it charges battery with current-constant mode or voltage-constant mode. The experimental results illuminates the performances of the designed ISAD system based on SRM and justify the presented control strategy. KEY WORDS: SRM , ISAD , HEV , DSP II
开题报告-开关磁阻电机数字控制系统设计
开题报告-开关磁阻电机数字控制系统设计 开题报告电气工程及自动化开关磁阻电机数字控制系统设计一、前言开关磁阻电机结构简单、成本低、容错性高、功率密度高能够高速运行，并且它能方便地实现起动和发电双功能，因此，目前越来越广泛的应用于航空和汽车上的起动／发电系统。开关磁阻电机具有很大的发展潜力。 二、主题（一）、开关磁阻电机的发展概述“开关磁阻电机”一词源于美国学者S.A.Nasar 1969年所撰论文，它描述了这种电机的两个基本特征：开关性和磁阻性。20世纪80年代以来，越来越多的学者开始关注开关磁阻电机，并对此进行了大量的研究。美国空军和GE公司联合开发了航空发动机用SRD电机系统，有30KW、270V、最大转速为52000r/min和250KW、270V最大转速为23000r/min两种规格。加拿大、前南斯拉夫在SR电机的运行理论电磁场分析上做了大量研究工作。一些学者还研究了盘式SRM/外转子式SRM、直线式SRM和无位置传感器SRM等新型结构的电机。 1984年开始，我国许多单位先后开展了SR 电机的研究工作且SRM被列入中小型电机“七五”科研规划项目。在借鉴国外经验技术的基础上，我国的SR电机研究技术进展很快。近
年来，中国在开关磁阻电机的研发方面取得了很大的进步例如南京航空航天大学开发了 3KW、6KW 及 7.5KW 三套原理样机，电机采用的是风冷形式。但在大功率方面的研究还很少，仅有原理样机方面的仿真。 （二）、开关磁阻电机的优缺点开关磁阻电机结构简单，性能优越，可靠性高，覆盖功率范围10W~5MW的各种高低速驱动调速系统。使得开关磁阻电机在各种需要调速和高效率的场合均能得到广泛使用（电动车驱动、通用工业、家用电器、纺织机械、电力传动系统等各个领域）。 其结构简单，价格便宜，电机的转子没有绕阻和磁铁。 （1）转矩方向与电流方向无关，只需单方相绕阻电流，每相一个功率开关，功率电路简单可靠，可降低系统成本。 （2）易于实现各种再生制动能力。 （3）定子线圈嵌装容易，热耗大部分在定子，易于冷却，效率高，损耗小，允许有较大的温升。 （4）转子上没有电刷，结构坚固，适用于危险环境，控制灵活。 （5）调速范围宽，控制灵活并且输出效率很高。 （6）电机的绕组电流方向为单方向，控制电路简单，具有较高的经济性和可靠性，转子的转动惯量小，有较高转矩惯量比。
开关磁阻电机转矩脉动抑制技术
《开关磁阻电机转矩脉动抑制技术》 总结出来的，关于开关磁阻电机调速系统的模糊语言规则可以描述如下： （1）当电机实时转速大于速度给定值时，模糊控制器的输出，即期望转矩值要减小。转速偏差越小，期望转矩减小的幅度越大。 （2）当电机实时转速等于速度给定值时，期望转矩值保持不变。 （3）当电机实时转速小于速度给定值时，期望转矩要增加。转速偏差越大，期望转矩增加幅度要越大。 结合以上模糊语言规则和E、EU、U的隶属函数，可以列出模糊控制规则表，如表1所示。 3 控制系统建模仿真 根据式（1）和有限元计算的磁链和转矩Te与电流i和位置角θ对应关系的数据表，可以搭建出电机本体模型，如图9所示。图9中两个Lookup模块是采用查表法，将计算的磁链和转矩数据导入模块中来查表操作。图9为电机A相的模型，由于开关磁阻电机具有对称性，所以三相建模可以用A相来代表，唯一不同是Embedded MATLAB Function模塊，将输入电机原始转子位置转换成归算后的角度，再进行查表法运行操作。 基于图9，根据式（4）可建立电机本体模型，如图10所示。其中theta change模块将电机角度周期设定为45度。 基于电机本体模型，建立如图11所示的模糊PI的直接转矩控制系统。系统主要包括12/8极的电机本体、功率变换器、磁链估算与转换模块、磁链扇区判定模块、开关表模块和PI控制模块。其中12/8极电机本体是图10所生成的库。该模型的参数分别为：额定功率P=3kW，额定电压V=514，绕组电阻Rs=2.47Ω，转动惯量J=0.05kg·m2，阻尼系数 F=0.02n·m/rad/s。 图12-15分别是在给定转速为100r/min、200r/min、1000r/min和2000r/min下的电机转速波形，图中波动较大的曲线为文献[10]所使用的直接转矩控制下的转速波形，波动较小的曲线为模糊PI直接转矩控制系统下转速波形。由图可知，模糊PI直接转矩控制策略对电机转速的控制效果更好。
考虑铁芯磁饱和的开关磁阻电机电感及转矩解析建模
考虑铁芯磁饱和的开关磁阻电机电感及转矩解析建模 左曙光;刘明田;胡胜龙 【摘要】针对开关磁阻电机电感的非线性问题,提出了一种开关磁阻电机非线性电感解析计算模型,并在此基础上完成了电磁转矩的解析计算.运用分布式等效磁路法并考虑铁芯磁饱和的影响,通过分别确定各条磁路中气隙和铁芯的等效长度及磁导率,建立了含电机参数的非线性电感解析模型,并通过电感的有限元仿真结果验证了解析模型的准确性.在利用该电感解析模型求解得到磁链曲线族的基础上,使用能量法对电磁转矩进行了解析计算,并将电磁转矩的解析结果与有限元仿真结果进行了对比,结果表明:建立的非线性电感解析模型能够准确地预测出电机的动态电感,相对误差在9％以内,电磁转矩峰值处误差在6％以内,提出的电感解析模型能够获得较高精度的电感和转矩解析结果. 【期刊名称】《西安交通大学学报》 【年(卷),期】2019(053)007 【总页数】9页(P118-125,143) 【关键词】开关磁阻电机;电感;转矩;铁芯磁饱和;解析计算 【作者】左曙光;刘明田;胡胜龙 【作者单位】同济大学新能源汽车工程中心,201804,上海;同济大学新能源汽车工程中心,201804,上海;同济大学新能源汽车工程中心,201804,上海 【正文语种】中文 【中图分类】TM352
开关磁阻电机与其他电机相比,具有结构简单、无永磁体、调速范围宽、成本低等优点,可作为电动汽车驱动电机的备选方案[1]。然而,转矩波动是影响其应用的主要问题之一。目前,一般从两个方面来解决转矩波动问题:一是对电机的本体结构进行优化,包括从定子和转子的结构等方面进行优化[2-4];二是使用现代控制理论进行控制,如转矩分配函数控制[5]、转矩预测控制[6]、滑模控制[7]等。然而,由于开关磁阻电机运行时大都处于铁芯磁饱和状态,具有很强的非线性,很难通过建模的方法来对开关磁阻电机的性能进行分析,因此对电机结构方面的优化需要通过大量的有限元仿真来实现,但这将花费大量的时间。所以,建立用于快速评价电机特性的开关磁阻电机数学模型尤为重要。 目前,关于开关磁阻电机电感与转矩建模方面的研究较多,具体包括:司利云等分别利用人工神经网络和最小二乘支持向量机等机器学习算法对磁链曲线族数据进行学习,建立了电机模型[8-9];Mikail等预先建立了磁链-电流-转子位置表,然后使用查表法建立了开关磁阻电机模型[10];Nirgude等利用函数解析法即通过对电感族数据进行参数拟合建立了电机模型[11];Djelloul-Khedda等从磁场的角度对开关磁阻电机进行解析计算,并建立了电机模型[12]。由此可见,目前对开关磁阻电机建模时大都需要磁链曲线族作为建模基础,而以上研究中这些数据都是通过进行大量的有限元仿真或者实验来获得的。 在关于电感/磁链的解析计算方面,主要存在半解析和全解析两种方法。在半解析的方法中,丁文等对5个特殊位置的磁链数据值利用傅里叶级数分解和反正切函数拟合建立了电感模型[13],Chen等对传统的磁链拟合模型进行了修正,建立了快速磁链模型[14],但以上被拟合的磁链数据仍需要有限元仿真或实验获得。在全解析的方法中,Radun仅对开关磁阻电机定子和转子非对齐位置处的电感进行了解析计算[15],Mao等通过对定子和转子的对齐和非对齐这两个特殊位置的电感进行解析计
开关磁阻电机磁场有限元分析
开关磁阻电机磁场有限元分析 摘要 本文以开关磁阻电机（SR电机）磁场的有限元分析及稳态特性研究为主题开展研究工作，以期促进开关磁阻电机的推广应用及开关磁阻电机磁场理论的发展。 针对开关磁阻电机定、转子极存在显著的边缘效应和高度的局部饱和特点，本文在系统地总结电机电磁场以及工程电磁场数值计算理论的基础上，基于大型有限元分析软件ANSYS，采用全场域二维电磁场有限元分析，对开关磁阻电机的磁场分布、静态特性等进行了大量的计算。通过仿真的结果，一方面得出了开关磁阻电机在几个典型转子位置下的磁场分布图，并总结了电机内磁场的分布规律；另一方面根据计算结果绘制出了开关磁阻电机的磁化曲线族，即i ψθ关系曲线，电感曲线和静态转矩曲线等参数，这些工作为 - - 分析开关磁阻电机的工作原理及开关磁阻电机的进一步开发和应用，建立开关磁阻电机合理的非线性模型提供了理论基础和可靠依据。
1 前言 开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，SRM）是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统之后发展起来的最新一代无级调速系统，是集现代微电子技术、数字技术、电力电子技术、红外光电技术及现代电磁理论、设计和制作技术为一体的光、机、电一体化高新技术。它具有调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点。英、美等经济发达国家对开关磁阻电动机调速系统的研究起步较早，并已取得显著效果，产品功率等级从数w直到数百kw，广泛应用于家用电器、航空、航天、电子、机械及电动车辆等领域。 开关磁阻电机是一种新型调速电机，调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速系统。它的结构简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高。主要有开关磁阻电机、功率变换器、控制器与位置检测器四部分组成。控制器内包含功率变换器和控制电路，而转子位置检测器则安装在电机的一端。 利用电机电磁场理论和有限元法进行SR电机磁场分析与计算，在SR电机的研究中占据十分重要的地位，它是整个电机设计和运行性能分析的基础。由于SR电机结构与传统的交直流电机具有很大的差别，加之其过饱和特性，以路的观点进行电机性能的理论分析便显出很大的局限性；相反，以场的观点，全面、系统地分析电机性能，以便进行电机设计、性能分析及仿真计算，显示出极大的优越性。电机磁化曲线在SR电机电磁场分析与计算中占据十分重要的位置。通过这一特性的计算与分析，可以清楚地了解电机能量转换的方式与大小以及电机内部的饱和情况；同时，它是计算电感、磁通、转矩和功率的基础，亦是电机优化与仿真的依据。 本文所借助的主要数学方法和分析手段是有限元法。 目前，电磁场有限元分析大体上出现了以下几个方面的发展趋势：一是对原有方法不断地完善和改进。如有限元周期边界的新处理方法、网格快速可靠全自动自适应生成、后验误差估计与自适应新方法以及有限元多项式方法等。二是与其它数值计算方法相互耦合。除了传统的FEM-BEM法、有限元—模拟电荷法、有限元—积分方程法外，近年又出现有限元—级数耦合法及H棱边有限元—边界元耦合算法等。耦合法能实现不同方法的优势互补，解决多子域、多连通域的复杂问题。三是新方法的开发应用以及新技术的不断融入。如棱边有限元法、叠层有限元法、有限元的外推插值法、无限元法等。值得注意的是，由于神经网络和小波分析在电磁场中应用日益增多，已出现了“小波—Galerkin"有限元法等新方法。
浅探开关磁阻电机建模
浅探开关磁阻电机建模 开关磁阻电机（SRM）的结构和工作原理比较简单，具有十分广泛的应用前景。SRM模型对于电机的优化设计、动态性能和效率的评估以及实现对电机的高性能控制都有至关重要的影响。但由于SRM定子、转子的双凸极结构、绕组电流的非正弦特性以及铁心磁通密度的深度饱和，使得SRM的精确数学模型很难建立起来。对此，许多学者进行了大量而深入的研究，所用的建模方法也有多种，大体上包括函数解析法、有限元分析法、磁网络模型法、神经网络和模糊法等。 1 函数解析法 该方法是用函数解析式来表达相电感或是磁链与电流和角度的关系。在探索准确的函数解析式的过程中，大体上经历了线性模型、准线性模型和非线性模型三个阶段。最早采用的是用线性化描述的曲线来定性地估算电机的各项性能，但是这种模型并不考虑电流变化对电感的影响，只能用来分析电机结构与性能之间的关系。但该模型与实际情况相比仍有较大误差，不能满足较高控制性能的需要。 实际应用中便产生了近似考虑磁路饱和效应的准线性模型，即将实际的非线性曲线分段线性化，同时也不考虑相间的耦合。推导出SRM在线性区和饱和区的转矩控制特性，该模型有一定的精度，但对电机电流与转矩的估值依然有相当大的误差。 要想更精确地分析各种性能，就必须要建立SRM的非线性模型。袁晓玲给出经过改进后的相电感拟合曲线的余弦解析式，该式中不含指数项，也不考虑四次以上的谐波影响，总体精度较高且运算简单，但依然存在局部误差较大的缺陷。文献[2]给出了一个考虑得非常全面的磁链解析式。该式不仅考虑了相电流与转子位置的作用，还加入了电机几何与材料特性的影响，并在此基础上推导出电磁转矩的解析式。这使得控制性能大大提高，但因为该模型的运算量很大，所以同时也对硬件提出了很高的要求。 为了得到具有较高工程精度又可以直接利用电机结构参数快速计算电机性能的模型，有的学者提出了用快速非线性法来建模。徐国卿利用三个特殊位置的磁链/电流关系建立SRM磁化特性曲线。文献[4]则采用四个特定转子位置的磁化曲线，
开关磁阻电机的三维有限元分析
开关磁阻电机的三维有限元分析 熊春宇;王艳芹;吴春梅;李欣欣 【摘要】为了解决二维有限元分析开关磁阻电机磁场不准确的问题,采用了三维建模方法,对开关磁阻电机的整个场域进行三维有限元分析.基于整体建模的方法,利用三维有限元数值进行分析计算,准确描述开关磁阻电机的端部磁场效应.在三维有限元分析加载电流时,提出了“跑道线圈”这一概念.该概念在考虑了端部效应的同时,也解决了立体模型施加载荷时出现的方向选择困难的问题.采用通用磁标势法对非线性方程组进行求解,得出了最大电感和最小电感位置处的磁感应强度和磁场强度分布.%To solve the problem that two-dimensional finite element analysis of magnetic field of switched reluctance motor is not accurate enough, by using the method of three-dimensional modeling, three-dimensional finite element analysis of entire field of switched reluctance motor is accomplished. Based on the overall modeling method, and by adopting three-dimensional finite element analysis values, the end portion magnetic effect of the switched reluctance motor is described precisely. The concept of racetrack coil is put forward during three-dimensional finite element analyzing of loading current. In addition, the problem of difficulty of selecting direction of applying load for three-dimensional model is also resolved. The nonlinear equations are solved with universal magnetic scalar potential method, and the distribution of magnetic induction and magnetic field intensity at the positions of maximum and minimum induction are found.
三相12／8极开关磁阻电机驱动系统建模与仿真
三相12／8极开关磁阻电机驱动系统建模与仿真 开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，简称SRM）的特殊非线性结构使其设计和分析十分困难，因此准确的建模和仿真对开关磁阻电机的研究很有必要。文章利用MATLAB/Simulink仿真软件，采用模块化的思想对一台三相12/8极开关磁阻电机驱动系统（简称SRD）进行了整体建模。仿真得到的波形验证了搭建的仿真模型的正确性，该模型为进行开关磁阻电机的优化控制研究创造了条件。 标签：开关磁阻电机驱动系统；MATLAB建模仿真；优化控制 1 概述 开关磁阻电机（SRM）定子和转子都是凸极形状，且都是由高磁导率的硅钢片堆叠而成，只在定子磁极上安装有集中绕组，转子上既没有绕组也没有永磁体[1]。与其他电机相比，其结构简单牢固、成本低、调速范围宽、控制灵活等优势十分突出，因此在需要调速和高效率的场合得到了广泛应用[2]。但是双凸极的结构也带来了磁路饱和、涡流、磁滞效应等一系列的非线性特性，严重影响了开关磁阻电机的运行性能，并且使开关磁阻电机的具体分析研究十分困难。为了准确研究开关磁阻电机的特性，必须对开关磁阻电机进行建模仿真。文章基于MATLAB/Simulink仿真系统对三相12/8极开关磁阻电机的驱动系统进行了整体建模仿真研究，將组成系统的开关磁阻电机（SRM）、功率变换器、控制器和位置检测器四部分模块化，对整个系统采用转速、电流双闭环控制方法。仿真结果验证了搭建模型的正确性。文章的模型具有参数修改方便，通用性强，适用于开关磁阻电机各种运行模式的特点，为开关磁阻电机及其驱动系统的优化控制研究创造了条件。 2 基于Matlab的SRD仿真模型的建立 文章在Matlab/Simulink环境中，利用软件自带的丰富模块库，在分析了开关磁阻电机非线性模型的基础上，搭建出了SRD仿真模型。 系统采用转速、电流双闭环的控制方法，其中转速外环采用PI调节控制，电流环内环采用低速时的电流斩波和高速时的角度位置控制方式。整个SRD包括电机本体模块、功率变换器模块、控制器模块和位置检测器模块四部分，通过各个模块的协调配合，实现开关磁阻电机的稳定运行。 3 仿真结果 基于建立的开关磁阻电机驱动系统模型进行仿真，设定直流母线电压为513V，最大电感为140mH，最小电感为20mH，每相绕组电阻为1.1Ω，转动惯量为0.02kg·m2，摩擦系数为0.001N.ms，将定子凸极和转子凸极对齐的位置定义为0°。可以得到不同条件下电机运转时的电流、电压、转矩、转速的仿真波
开关磁阻电机SRM的原理及建模
开关磁阻电机SRM的原理及建模 1、SRM工作原理 SRM的转矩是磁阻性质，其运行原理遵循“磁阻最小原理”——磁通总是要沿磁阻最小的路径闭合。当定子某相绕组通电时，所产生的磁场由于磁力线扭曲而产生切向磁拉力，试图使相近的转子极旋转到其轴线对齐的位置，即磁阻最小位置。 SRM为双凸极结构，其定、转子均由普通硅钢片叠加而成。转子上既无绕组也无永磁体，定子齿极上绕有几种绕组，径向相对的两个绕组可以串联或并联在一起，构成“一相”。转动方向总是逆着磁场轴线的移动方向，改变SRM的定子绕组的通电顺序，即可改变电机的转动方向；而改变通电相电流的方向，并不影响转子转动的方向。 2、SRM控制方式 （1）斩波控制： 在SRM起动、低、中速运行时，电压不变，旋转电动势引起的压降小，电感上升期的时间长，而的值相当大，为避免电流脉冲峰值超过电流的允许值，采用滞环控制来限制电流。 如本文中的电流滞环控制模块的作用是实现电流斩波，两个输入分别为实际电流和参考电流，输出即作为SRM的输入信号，模块结构如图1-1所示。当A 相主开关开始导通，相电流I从零开始上升，当I超过参考电流且偏差大于滞环比较器的环宽时，即实际电流I大于电流上限值Imax，开始斩波；主开关器件关断，I下降，当I低于参考电流且偏差大于滞环比较器的环宽时，即实际电流I小于电流下限值控制Imin，主开关器件重新导通，I便开始上升，如此主开关器件反复通断，直到转子转到关断角的位置时，主开关器件关断，I一直下降到零。当转子转过一个周期后，这相电流斩波过程又开始重复。 一般斩波是在相电感变化区域内进行的，由于电机的平均电磁转矩与相电流I的平方成正比，因此通过设定相电流允许限值Imax和Imin，可使SRM工作在恒转矩区。在一个周期内，由于相绕组电感不同，电流的变化率也不同，因此，斩波频率疏密不均。在低电感区，斩波频率较高；高电感区，斩波频率下降。其电流波形如图1-2所示。 （2）角度控制： 直接调控主开关器件的导通角θon和关断角θoff，可以影响电机的励磁过程。通常导通角只能在电感不变和电感增大的区域，关断角只能在电感上升区域或电感最大区域，不能在电感下降区域。θon提前或θoff推后都增加励磁时间，增励
基于Matlab的开关磁阻电机控制系统仿真建模新方法
基于Matlab的开关磁阻电机控制系统仿真建模新方法开关磁阻,论文,DSP,控制 第18卷第2期浙江万里学院学报Vol.18No.2 纪志成，薛花 （江南大学控制科学与工程研究中心电气自动化研究所，江苏无锡214122） 摘要：在分析开关磁阻电机（SRM）数学模型的基础上，利用C语言编写S-函数，提出了SRM控制系统仿真建模的新方法.在 Matlab/Simulink中，构造CME某S-函数的三类简化结构，建立独立的功能模块，如电机本体模块、速度控制模块、电流滞环控制模块等，通过功能模块的有机整合，搭建SRM控制系统快速高效的仿真模型.系统采用双闭环控制：速度环采用PI控制，电流环采用角位置控制（APC）与电流斩波控制（CCC）相结合的方法，保证了SRM在低速或高速运行时都可获得满意的性能.仿真结果证明了采用CME某S-函数方式仿真建模的快速性和有效性. 关键词：CME某S-函数；开关磁阻电机（SRM）；仿真建模；快速性作者简介：纪志成，江南大学控制科学与工程研究中心电气自动化研究所教授，博士，博士生导师；薛花，江南大学控制科学与工程研究中心博士研究生。 1引言 因其结构简单、可靠性高、性能优良、输出转矩大等特点，开关磁阻电机（SRM）应用广泛[1]，且随着SRM应用领域的不断拓宽，对电机控制
系统设计要求越来越高，既要考虑成本低廉、控制算法合理，又需兼顾控制性能好、开发周期短.如何建立有效的SRM控制系统的仿真模型成为电机控制算法设计人员迫切需要解决的关键问题，因此，对于建立电机控制系统仿真模型方法的研究具有十分重要的意义[2,3]. 对于在Matlab中进行交流异步电机仿真建模方法的研究已成为探讨的热点，例如通过编写m文件可在Simulink环境下实现SRM控制系统的仿真建模[4]，虽然m文件形式的S-函数具有容易编写和理解的优点，但由于它在每个仿真步都要激活Matlab解释器，使得仿真速度变慢，且这种方法实质上是一种整体分析法，因而在这一模型基础上修改控制算法或添加、删除闭环就都需对整体系统重新建模.为此，文献[5,6]提出在Matlab/Simulink中构造独立的功能模块，通过模块组合进行交流异步电机建模，通过模块组合进行交流异步电机建模，这一方法可观性好，在原有的建模基础上添加、删除闭环或改变控制策略都十分便捷，但模块化建模的方式存在控制策略难以硬件实现的问题. 开关磁阻,论文,DSP,控制 2浙江万里学院学报2005年4月 2CME某S-函数的简化结构 利用Matlab/Simulink进行运动控制系统的建模仿真是普遍采用的方法之一，而S-函数，尤其是CME某S-函数，正是整个Simulink动态系统的核心，它不仅提供了增强和扩展Simulink能力的强大机制，同时也是使用RTW（RealTimeWorkhop）实现实时仿真的关键所在，也因此十分适合于复杂动态系统的数学描述，支持连续、离散以及两者混合的线性和非线性系统的仿真建模[7].
基于MATLAB-SIMULINK开关磁阻电机非线性建模方法研究与实践
基于MATLAB-SIMULINK开关磁阻电机非线性建模方法研 究与实践 基于MATLAB/SIMULINK开关磁阻电机非线性建模方法研究与实践 摘要：随着电力系统的发展和节能环保的需求，开关磁阻电机作为一种新型电机逐渐引起了人们的关注。为了更好地了解开关磁阻电机的特性和性能，本文提出了一种基于 MATLAB/SIMULINK的非线性建模方法，并进行了实践验证。通 过该方法，我们可以更好地预测开关磁阻电机在不同工况下的运行情况，为其在实际应用中的优化设计和控制提供参考依据。 关键词：开关磁阻电机；非线性建模；MATLAB/SIMULINK 引言 开关磁阻电机是一种新型的电机，具有启动、调速范围广、电磁容量大和高效节能等诸多优点。因此，它在电力系统中的应用前景十分广阔。为了更好地研究和应用开关磁阻电机，我们需要了解其特性和性能，以便优化其设计和控制。而非线性建模方法提供了一种有效的手段来描述开关磁阻电机的非线性动态特性。 研究背景 开关磁阻电机的非线性动态特性使得传统的线性建模方法难以准确描述其行为。因此，我们需要一种非线性建模方法来更好地揭示其特性。目前，基于MATLAB/SIMULINK的非线性建模方法已经被广泛应用于各种电机的研究中，并取得了很好的效果。 建模方法 1.建立电机的结构模型：根据开关磁阻电机的结构和工作原理，我们可以构建其结构模型。通过分析各个部件之间的关系和相
互作用，确定各个参数和变量的表达式。 2.建立电机的动态模型：根据电机的结构模型，我们可以建立其动态模型。考虑到开关磁阻电机的非线性特性，我们可以采用多项式等函数逼近的方法来描述其非线性行为。 3.验证模型的准确性：通过实验数据对建立的模型进行验证。将实际测得的数据与模型仿真的数据进行对比，评估模型的准确性和可行性。 实验与结果 我们选取一台实际的开关磁阻电机进行了实验，通过传感器采集了电机转速、电流和电压等数据，并将其输入 MATLAB/SIMULINK中进行仿真实验。实验结果表明，所建立的 非线性模型能够准确地描述开关磁阻电机的动态特性。 讨论与分析 通过对实验结果的分析，我们可以得到开关磁阻电机在不同工况下的性能曲线和特性。这些数据可以为开关磁阻电机的优化设计和控制提供参考依据。我们还可以通过调节模型中的参数和输入条件，进一步研究开关磁阻电机的性能优化和调速控制等问题。 结论 本文提出了一种基于MATLAB/SIMULINK的非线性建模方法，并通过实验验证了该方法的可行性和准确性。该方法可以有效地描述开关磁阻电机的非线性动态特性，为其优化设计和控制提供了重要的参考依据。未来，我们可以进一步研究开关磁阻电机的特性和性能，提出更好的优化设计和控制方案。 通过实验数据的采集和MATLAB/SIMULINK的仿真实验，我们成功建立了一种非线性模型来描述开关磁阻电机的动态特性。
一种基于Ansoft Maxwell开关磁阻电动机调速系统建模方法
一种基于Ansoft Maxwell开关磁阻电动机调速系统建模方 法 丁晓军;赵涛;马琴;刘锋;虎鑫 【期刊名称】《实验室研究与探索》 【年(卷),期】2022(41)11 【摘要】开关磁阻电动机(Switch Reluctance Motor,SRM)由于铁芯磁通的高饱和、绕组磁链的非线性,致使其组成的开关磁阻电动机调速系统(Switch Reluctance Drive,SRD)建模困难。针对该问题,提出了一种运用Ansoft Maxwell2D和Matlab/Simulink建立SRD调速系统非线性模型的方法。首先,在给定的SRM结构尺寸下,利用Ansoft Maxwell 2D得到静态场下SRD的磁链、电磁转矩数据,并将其导入Matlab,在Simulink里建立SRD的非线性模型。其次,在既定控制策略下,建立了SRD调速系统的仿真模型。仿真结果表明该建模方法的合理性和有效性,为分析和设计SRD调速系统提供了一种新方法。 【总页数】6页(P57-61) 【作者】丁晓军;赵涛;马琴;刘锋;虎鑫 【作者单位】北方民族大学电气信息工程学院;北方民族大学机电工程学院;北方民族大学土木工程学院;共享智能装备有限公司 【正文语种】中文 【中图分类】TP15 【相关文献】
1.基于模糊 PID 控制的开关磁阻电动机调速系统的建模与仿真 2.一种基于FPGA 的开关磁阻电动机无位置传感器调速系统实验研究 3.基于Ansoft/Maxwell 2D的开关磁阻电机起动性能仿真分析与实验研究 4.基于Ansoft Maxwell 2D的开关磁阻电机仿真研究 5.基于MATLAB/Simulink的开关磁阻电动机调速系统的建模与仿真 因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买
电动摩托车用开关磁阻电机控制策略研究
电动摩托车用开关磁阻电机控制策略研究随着全球能源形势的恶化，电动摩托车也开始受到越来越多的关注，作为替代汽油驱动的替代交通工具，它能很好地帮助我们减少碳排放，降低空气污染和实现能源节约，有助于建立更清洁的环境。电动摩托车的发动机系统主要由马达、锂电池、电源控制器和其他部件组成，其中马达的控制是电动摩托车运行的关键。 开关磁阻电机（SRM）是目前电动摩托车控制系统中使用最为广泛的马达，它具有噪音低、动力输出强、重量轻、少占用空间等优点，但是由于其特殊的构造，使得其运行过程中存在某些问题，比如控制不够精确，功耗较高等，一般来说，如果想达到更好的控制效果，就必须对马达进行特别的控制策略。 为了更好地控制电动摩托车用SRM，使其达到最佳的驱动效果，笔者提出了一种基于开关磁阻电机的控制策略，它不仅仅能有效地降低SRM的功耗，而且能够使SRM的控制过程更加准确。 首先，研究人员通过采用模型预测算法对SRM模型进行建模，将其转换成一个多元非线性方程组，以推导各参数间的关系，并利用多项式近似技术，将多元非线性方程组转换成一阶多项式方程组，从而推导出SRM的控制策略。 其次，设计人员通过采用模糊控制技术，采用pid控制策略对SRM进行模糊控制，调整SRM的工作参数，改善SRM的性能，并通过改变模糊控制参数的取值，使SRM的控制精度更高。 最后，采用动态滑模控制技术对SRM进行动态模型控制，由此构
建一个动态滑模控制系统，滑模控制系统能够有效地解决输入变化造成输出变化的问题，从而提高SRM运行的精确度和实时性。 在实验研究中，研究人员采用了三种不同的控制策略，分别是基于模型预测的控制策略，模糊控制策略和动态滑模控制策略，并进行了对比测试。结果显示，采用模型预测控制策略的SRM，其功耗比采用模糊控制策略的SRM降低了33.6％，而采用动态滑模控制策略的SRM，功耗则比采用模糊控制策略的SRM降低了48.3％，这一结果表明，采用动态滑模控制策略的SRM，具有更好的控制效果。 通过上述研究，笔者提出的基于开关磁阻电机的控制策略，不仅仅能有效地节省SRM的功耗，而且能够使SRM的控制过程更加准确，对电动摩托车有很大的应用前景，也可以为其他电动车辆提供参考指导意见。 总而言之，基于开关磁阻电机的控制策略能够有效地提高电动摩托车的驱动性能，这种策略有助于推动电动摩托车的发展，促进环保理念的普及，为构建一个清洁环境作出贡献。
Simulink中的开关磁阻电机的模型及其改进
Simulink中的开关磁阻电机的模型及其改进 边敦新，董宝香，徐丙垠 (山东理工大学，电气与电子工程学院，山东淄博，255049) E-mail:dxbian@https://www.360docs.net/doc/ff19229719.html, 摘要:本文介绍了MA TLAB仿真环境Simulink6.4中所带的开关磁阻电机的仿真模型，对模型的建立、参数的设 置等进行了说明，并且提出了在此模型的基础将6/4极模型改造为12/8极电机的方法，并对提出的改进进行了 验证。 关键词:开关磁阻电机，仿真模型 Switched Reluctance Motor in Simulink and its Improvement Bian Dunxin, Dong Baoxiang, Xu Bingyin (Department of Electrical and Electronic Engineering, Shandong Universi y of Science and Technology，Zibo , P.R.China, 255049) Abstract: The Switched Reluctance Motor (SRM) Simulink model is introduced in the paper. The details of the creation, parameter setting and realization are presented. An 12/8 SRM model is obtained and is verified by theory and simulation. Key words:Switchend Reluctance Motor, Simulation Model 1 引言 MATLAB是常用的工程软件，其中的Simulink提供了一种图形化、模块化的仿真工具，SIMULINK目前已经提供了几十个工具箱（TOOLBOX）为各个工程技术领域的科研和技术人员提供简单易用的仿真软件。其中的SimPowerSystems工具箱为电力电子，电力系统及电力拖动等领域提供了大量的仿真模块，是电气技术及自动控制领域工程技术人员的常用的仿真工具。SimPowerSystems从 4.2版（MATLAB 2006Ra ）开始提供了开关磁阻电机的模型。 在MATLAB中建立开关磁阻电机的仿真模型有很多文献介绍[1][2][3]，Mathworks 公司最终选择了文献[1]的仿真模型。该模型有通用模型和专用模型两种型式，通用模型以电感参数参数的形式给出模型，专用模型则以磁链数据的形式给出模型。通用模型所需参数少，容易获得，能满足一般控制系统设计的需要；如果能得到比较准确的磁链数据，则专用的精度更高一些。 2开关磁阻电机的模型的结构Simulink中的SRM模型可分为两部分，一部分与电力电子模型接口，另一部分根据绕组电压计算电机的运行数据。两部分间通过电流和电压接口相连接。电力电子部分与本文内容关系不大，不详细介绍。 图1 开关磁阻电机的模型 图1为Simulink 中的开关磁阻电机部分的模型，定子绕组电压减去电阻压降得到绕组感应电势，该电势经过离散积分器 1 - - Z Ts K 后得到绕组磁链Flux，该磁链和转子位置角Teta经过ITBL二维查表得到绕组电流I，电流I和转子位置Teta经过二维查表TTBL 得到电磁转矩，电磁转矩经过Sum 求和得到总的电磁转矩，该电磁转矩经过机械运动部分得到机械运动的角速度w和位置角Teta。模型中的v、Flux、I等是向量，与电机的相数相等。 二维查模块ITBL根据磁链和角度查找电流，TTBL根据电流和角度查找磁链。