开关磁阻电机的原理及其控制新版系统.doc

开关磁阻电机原理及其控制系统
开关磁阻电机80年代初随着电力电子、微电脑和控制理论迅速发展而发展起来一种新型调速驱动系统。具备构造简朴、运营可靠、成本低、效率高等突出长处，当前已成为交流电机调速系统、直流电机调速系统、无刷直流电机调速系统强有力竞争者。
一、开关磁阻电机工作原理
开关磁阻电机工作原理遵循磁磁阻最小原理，即磁通总是要沿着磁阻最小途径闭合。因而，它构造原则是转子旋转时磁路磁阻要有尽量大变化。因此开关磁阻电动机采用凸极定子和凸极转子双凸极构造，并且定转子极数不同。
开关磁阻电机定子和转子都是凸极式齿槽构造。定、转子铁芯均由硅钢片冲成一定形状齿槽，然后叠压而成，其定、转子冲片构造如图1所示。
图1：开关磁阻电机定、转子构造图
图1所示为12/8极三相开关磁阻电动机，S1.S2是电子开关，VD1，VD2是二极管，是直流电源。
电机定子和转子呈凸极形状，极数互不相等，转子由叠片构成，定子绕组可依照需要采用串联、并联或串并联结合形式在相应极上得到径向磁场，转子带有位置检测器以提供转子位置信号，使定子绕组按一定顺序通断，保持电机持续运营。电机磁阻随着转子磁极与定子磁极中心线对准或错开而变化，由于电感与磁阻成反比，当转子磁极在定子磁极中心线位置时，相绕组电感最大，当转子极间中心线对准定子磁极中心线时，相绕组电感最小。
当定子A相磁极轴线OA与转子磁极轴线O1不重叠时，开关S1，S2合上，A相绕组通电，电动机内建立起以OA为轴线径向磁场，磁通通过定子扼、定子极、气隙、转子极、转子扼等处闭合。通过气隙磁力线是弯曲，此时磁路磁导不大于定、转子磁极轴线重叠时磁导，因而，转子将受到气隙中弯曲磁力线切向磁拉力产生转矩作用，使转子逆时针方向转动，转子磁极轴线O1向定子A相磁极轴线OA趋近。当OA和O1轴线重叠时，转子己达到平衡位置，即当A相定、转子极对极时，切向磁拉力消失。此时打开A相开关S1，S2，合上B相开关，即在A相断电同步B相通电，建立以B相定子磁极为轴线磁场，电动机内磁场沿顺时针方向转过300，转子在磁场磁拉力作用下继续沿着逆时针方向转过15,。依此类推，定子绕组A-B-C三相轮流通电一次，转子逆时针转动了一种转子极距Tr(T.=2π/N,)，对于三相12/8极开关磁阻电机，T=3600/8=，定子磁极产生磁场轴线则顺时针移动了3×30'=90'空间角。可见，持续不断地按A-B-C-A顺序分别给定子各相绕组通电，电动机内磁场轴线沿A-B-C-A方向不断移动，转子沿A-C-B-A方向逆时针旋转。如果按A-C-B-A顺序给定子各相绕组轮流通电，则磁场沿着A-C-B-A方向转动，转子则沿着与之相反A-B-C-A方向顺时针旋转。
二、开关磁阻电机控制原理
老式PID控制一方面参数整定没有实现自动化，另一方面这种控制必要精准地拟定对象模型。而开关磁阻电动机(SRM)得不到精准数学模型，控制参数变化和非线性，使得固定参数PID控制不能使开关磁阻电动机控制系统在各种工况下保持设计时性能指标。
模糊控制器是一种近年来发展起来新型控制器，其长处是不需要掌握受控对象精准数学模型，而依照人工控制规则组织控制决策表，然后由该表决定控制量大小。因而采用模糊控制，对开关磁阻电动机（SRM）进行控制是改进系统性能一种途径。但在实践中发现，常规模糊控制器设计存在某些局限性，如控制表中数据有跳跃，平滑性较差，这对控制效果有影响。
模糊控制和PID控制两者结合起来，扬长补短，将是一种先进控制方略。其理由是：
第一，由线性控制理论可知，积分控制作用能消除稳态误差，但动态响应慢，比例控制作用动态响应快，而比例积分控制既能获得较高稳态精度，又能具备较高动态响应。因而，把PI控制方略引入Fuzzy控制器，构成Fuzzy-PI复合控制，是改进模糊控制器稳态性能一种途径。
第二，增长模糊量化论域是提高模糊控制器稳态精度最直接办法，但这种办法要增大模糊推理计算量，况且量化论域增长也不是无止境。
采用模糊+PI控制开关磁阻电机调速系统框图如图2所示。

图2：开关磁阻电机调速系统框图
1、从属函数与控制规则拟定
考虑到电机转速偏差范畴大及高精度特点，将偏差变量、偏差变化率及控制量论域界均定为17个级别。
{-8,-7,-6，-5,-4,-3，-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,7,8}
将偏差变量、偏差变化率及控制量模糊语言值均分为九档
{负大,负中,负小,负很小,零,正很小,正小,正中,正大}
{NB，NM，NS，NVS，ZO，PVS,PS,PM,PB}
偏差变量、偏差变化率及控制量模糊子集从属函数形状均选为三角形如图3所示。

图3：均匀分布从属函数图
模糊控制器控制规则是基于专家或操作者经验得出，控制规则生成办法有诸多。本文借鉴常规模糊控制器设计经验并依照系统阶跃信号响应拟