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用于电动叉车行走驱动的开关磁阻电机控制系统研究
摘要
电动叉车的行走驱动是关系到其性能稳定性和使用寿命的核心部分。传统的直流电动机驱动系统由于存在电刷与电极之间存在的机械磨损、电接触点的氧化、火花、噪音和电磁干扰等问题，已经逐渐被淘汰。而开关磁阻电机则在这种情况下得到了发展。本文基于开关磁阻电机控制系统的原理，进行了深入的研究。首先对开关磁阻电机的结构和工作原理进行了解析，从模型建立、磁链方程、磁阻特性等方面对其调速特性做了详细阐述，同时就开关磁阻电机的控制策略、控制算法、控制器的设计与实现等问题进行了探讨。最后结合电动叉车行走驱动的实际应用场景，提出了优化的控制方案和改进措施，为电动叉车行走驱动系统的开发提供了有益的思路和指导。
关键词：电动叉车，开关磁阻电机，控制系统，调速特性，控制策略
一、引言
随着科技的不断发展，电动叉车的使用越来越广泛。而电动叉车的行走驱动是其性能稳定性和使用寿命的核心部分。传统的直流电动机驱动系统由于存在电刷与电极之间存在的机械磨损、电接触点的氧化、火花、噪音和电磁干扰等问题，已经逐渐被淘汰。而开关磁阻电机则在这种情况下得到了发展。开关磁阻电机的控制策略和控制方法的研究和发展是一个热门的领域，本文将基于开关磁阻电机控制系统的原理，进行深入的研究，旨在提高电动叉车的行走驱动性能和稳定性。
二、开关磁阻电机的结构和工作原理
（一）开关磁阻电机的结构
开关磁阻电机的结构和普通的电机差别很大。它的转子内部是通电邻近的两个铁芯，用电子器件控制电流把它们交替地磁化来实现转动。由于它不存在电刷和旋转子结构，所以具有机械简单、可靠、使用寿命长、效率高等优点。同时它的圆心散热也使其适用于高速运行，盘式转子的分散结构使它无需中心支撑，柴油机方式的械动结构也使它的力矩密度达到了世界顶级水平。
（二）开关磁阻电机的工作原理
开关磁阻电机是一种新型的高性能电机，其特点是运转无反电动势、结构简单。该电机由转子和定子组成。它没有铁芯和凸台，转子主要由铝质平板、铜线绕组和插针组成，定子是由铜线绕组和铝制芯板组成。在正常运行时，定子的绕组产生的磁场根据电机的运行要求进行切换，以产生一个与转子旋转方向相反的磁场。此时，由于磁场反向，会出现磁流抵消的现象，使得电流消失，从而使转子的磁场被释放出来，转子受到磁场作用而继续转动。
三、开关磁阻电机和传统直流电机的调速特性对比
（一）开关磁阻电机的调速特性
开关磁阻电机具有良好的调速特性，其调速范围广，速度变化平稳，精度高于70%。其曲线特性如下图所示：
（二）传统直流电机的调速特性
传统直流电机的调速特性曲线如下图所示：
从比较中可以看出，相对于传统直流电机，开关磁阻电机的调速范围更广，其调速系统的精度更高，相应的电机工作效率也更高。
四、开关磁阻电机控制系统的研究
（一）开关磁阻电机的模型建立
开关磁阻电机模型主要应用于电机控制系统的研究和开发中。其包含了电机的电路模型和运动学模型两部分。
1.电动机电路模型
电机电路模型是开关磁阻电机控制系统的基础，通过电路模型可以描述电机的电气特性，达到控制电机的目的。开关磁阻电机的电气等效模型主要包括铁磁电阻、线圈电阻和感性。
2.电动机运动学模型
电机通过控制器控制电机的电气特性实现电机的转速控制，因此必须具有良好的运动学模型来保证控制精度。开关磁阻电机的转速主要由控制系统中的位置和速度传感器进行控制，通过运动学模型可以描述电机的力矩-旋转速度特性，以及电机转动的各种运动状态和参数。
（二）开关磁阻电机的控制策略
1.电子换向控制
开关磁阻电机是由电子器件直接控制磁场的变化实现运转，因此电子换向控制是开关磁阻电机控制的核心策略，它能够实现连续平滑换向，克服了传统直流电机换向困难的缺陷。
2.空间矢量调制控制
空间矢量调制控制技术是一种流行的控制策略，它能够控制开关磁阻电机的磁通变化，以实现平滑转速控制。
（三）开关磁阻电机控制算法
开关磁阻电机控制算法是控制电机的最重要的一环，它能够实现精确的控制和高效的运转。其中，常用的算法包括提前角、PID、模糊控制、神经网络控制等。
（四）开关磁阻电机控制器的设计与实现
开关磁阻电机的控制器包括电源、放大器、调制芯片、高速采样ADC、数字信号处理器和控制软件等。其中，调制芯片作为控制器中的核心部件，它能够实现高速的信号调制和控制输出，实现快速响应和精确控制。
五、电动叉车行走驱动开关磁阻电机控制的优化
（一）控制系统优化方案
针对电动叉车行走驱动应用场景，可以通过控制系统的优化来提高其性能稳定性和使用寿命。具体包括电源模块的改进，控制算法的优化，控制器和控制软件的升级等。
（二）改进措施
针对电动叉车行走驱动应用场景，可以通过改进措施提高其性能稳定性和使用寿命。具体包括改进电机的结构和材料，提高电机的制造工