开关磁阻电机控制系统的研发与应用.pdf

测控

航空发动机、电动工具、离心机等），伺服与调速系统等，精确解析式。由于电机结构参数、控制参数、控制方式的
功率范围从１０Ｗ（转速为１００００ｒ／ｍｉｎ）到５ＭＷ（转速为不同。相电流波形也将出现不同形状，开关器件的额定电
５０ｒ／ｍｉｎ），转速上限高达１０００（￣ｒ／ｍｉｎ。尤其是ＳＲＤ在矿流也随之变化。随着ＳＲＭ运行的范围不断扩大，针对特
山机械领域已得到了较为广泛的应用，并取得了较好的经定系统开发的功率变换器的种类也越来越多，从目前的文
济效益。目前国内已有一些公司专注于ＳＲＤ在矿山领域中献资料来看，不同线路结构的主要区别在于绕组释放磁场

的应用，且已初具规模。能的方法不同。由于ＳＲＭ调速系统的运行与绕组电流方
由于ＳＲＤ具有良好的调速性能和高速运行特性，ＳＲＤ向无关，所以如何开发出具有最少开关数目的功率变换
在航空航天和电动汽车领域的应用发展较快，非常引人注器，尤其能适用在低压小功率场合（例如电动汽车等）是
目。将开关磁阻电机用于电动车驱动系统已经是许多世目前的研究方向之一。
界著名的汽车公司如ＧＭ、ＮＩＳＳＡＮ、ＢＭＷ等的研究重点，ＳＲＭ调速系统融ＳＲＭ功率变换器、控制器与位置检
并已经进入装机试验阶段。另外，将ＳＲ电机运用在混合测为一体，其性能的改善不仅依靠优化ＳＲＭ与功率变换
器设计，而且还必须依靠先进的控制策略。在３０余年的
动力汽车起动／发电机一体化系统（ＩＳＧ）设计中也是一种
发展过程中，对于ＳＲＭ控制方面已出现大量先进的控制
极具吸引力的方案。ＳＲＤ应用于电动汽车领域在我国处于
思想，取得了显著的成果。
研究阶段，尚未产品化，待技术成熟后，由于其节能低排
ＳＲＭ控制参数多，控制系统设计的主要问题是努力
放的特点，有很大的应用前景。同时ＳＲＤ在很多恶劣环境
实现参数最优化、结构最优化和功能最优化。根据改变参
中也具有较高的应用价值］。
数的不同方式，ＳＲＭ有三种控制模式，即电流斩波控制
以下是ＳＲＤ在工业中的两个典型场合的应用：用于
（ＣＣＣ）、角度位置控制（ＡＰＣ）、电压控制（ＶＣ）。对于以
龙门刨床等。工业上需要电动机能频繁启、停及正反转，
上三种方式，各自都有论著独立做过研究，但如果简单地
开关磁阻调速电动机能较好的实现；如机械工业中的龙门
使用其中一种方法，又难以获得理想的输出特性，因而对
刨床、铣床，冶金行业的可逆轧机、飞锯、飞剪等。②用
ＳＲＭ各种控制方式进行最佳组合，不同转速范围内采取
于纺织“探边”设备。经过纺织行业的“探边”与“对
不同运行方式的控制理论也应运而生。早期的控制策略主
中”设备的实践使用，取得了较好的效果。作为“探边”
要以线性模型为基础，结合传统ＰＩ或ＰＩＤ控制，例如采
设备的动力，其反应时间小于０．３ｓ；即电动机运转时，接
用前馈转矩或电流控制、反馈转速控制等。基于线性假设
到指令后，能在０．３ｓ内实现反转，并要求在２４小时内连
的ＳＲＭ控制系统难以获得理想的输出特性，其鲁棒性差，
续频繁运转，同时要求在较宽广范围内进行无级调速。
其动、静态性能无法与直流传动系统相媲美，这严重阻碍
４ＳＲＤ研究现状和方向
了ＳＲＤ的发展。为改善系统的性能，一些基于现代控制
ＳＲＤ由电机和控制系统两部分组成。电机部分的研究
理论和智能控制技术建立ＳＲＤ动态模型和系统设计的方
包括了设计、性能分析以及数学模型的建立，需要进行复
法也发展起来，如模糊控制］、基于滑模观测器的位置
杂而大量的理论计算和研究工作。此外就是检测转子位置
估计㈣等。
的ＳＲＭ位置传感器，ＳＲＭ转子位置的检测是整个调速系瞬时转矩脉动、振动和噪声也是系统较为突出的问
统不可或缺的组成部分，通常采用光电器件、霍尔元件或题，也是控制策略所要研究的重点。转矩的分布由相电流
电磁线圈组成位置传感器，向控制器提供转子位置及速度决定，因此关键是控制相电流使其按输出转矩脉动最小化
等信号，使控制器能快速、准确地决定绕组的导通和关断分布。但困难在于ＳＲＭ数学模型难以精确解析，而且
时刻。但ＳＲＤ引入位置传感器会增加ＳＲＭ的复杂性及与ＳＲＭ调速系统的结构及其动态特性在运行中常逐步改变或
控制器之间的线路，而且由于传感器分辨率的限制，导致突变，并难以预知，因此常规控制方法很难控制相电流按
ＳＲＤ高速运行性能下降。而采用无位置传感器的位置检测理想分布变化。只有引人自适应、自学习控制技术及智能
方法是该调速系统发展的方向，近年来，国内外对此法进控制技术，才能使系统根据运行条件的改变，自动地调整
行了大量研究。调节器的结构、参数，以保证系统连续处于输出转矩脉动
控制部分则包含功率变换器和控制电路。功率变换器最小化状态。
设计的主要问题：一是功率器件的选择和额定电流的确ＳＲＤ发展到现在，在控制策略方面虽已取得了许多非
定，二是拓扑结构设