开关磁阻电机的控制系统研究

　　【摘要】以三相 6/4 极开关磁阻电机为研究对象，围绕开关磁阻电机的控制展开了深入
地研究，基于电磁学基本理论推导了开关磁阻电机基本方程组，构建了三相 6/4 极开关磁

 

阻电机的线性及非线性仿真系统，针对所研究的数学模型和控制策略进行仿真分析。

 

　　【关键词】开关磁阻电机；转矩脉动；双闭环控制
　　0.

 

引言

　　开关磁阻电机驱动　（Switched　Reluctance　Motor　Drive，简称 SRD）　系
统是一种新型的开关磁阻电机调速系统，主要由开关磁阻电机、功率变换器、控制器和检测
器等几部分组成。开关磁阻电机驱动系统兼有交流调速系统和直流调速系统的优点，结构
简单、坚固耐用、可控参数多、控制方式灵活、可得到多种机械特性，在宽广的调速范围内均
具有很高的效率，因此在工业电气传动、自动化控制和航空航天等领域均有着十分广阔的
应用前景[1]  

。

　　1.

 

开关磁阻电机控制系统的结构

　　开关磁阻电机驱动系统主要由开关磁阻电机、功率变换器、控制器和检测器等几部分组
成。开关磁阻电机是 SRD 系统中实现机电能量转换的部件；功率变换器的作用是将电源提
供的电能经适当转换后提供给开关磁阻电机。控制器则是 SRD 系统的中枢，它综合处理速
度指令、速度反馈信号以及电流传感器、位置传感器的反馈信息，控制功率变换器中主开关
器件的工作状态，从而实现对电机运行状态的控制，使之满足预定的运行要求；检测器包
括电流检测和位置检测两部分，其中电流检测用以实现系统的电流反馈，位置检测则是通
过检测定、转子的相对位置，来确定对相应绕组的换相操作和计算转速[2]  

。

　　开关磁阻电机（SRM）是双凸极可变磁阻电机，由于具有双凸极结构，SRM 定子和
转子的极数有许多种组合，为了避免单边磁拉力，径向必须对称，所以双凸极的定子和转
子齿槽数 Ns 和 Nr 应为偶数。除单相电机外，应使定子极（齿槽）数 Ns 与转子极（齿
槽）数 Nr 不相等，但是 Ns 与 Nr 要尽量接近。因为当定子和转子齿槽数相近时，就可能
加大定子相绕组电感随转角的平均变化率，这是提高电机出力的重要因素，再考虑结构设
计的合理性，最常见的是转子的极数比定子少 2 个。目前应用较为广泛的是三相 6/4 极结
构和四相 8/6 极结构，这两种结构的 SRM 电机具有自起动、四象限运行、性能优良、坚固耐

 

用、造价低廉的优点。
　　2.

 

开关磁阻电机基本方程

　　3.

 

开关磁阻电机控制系统仿真分析

　　SRM 控制系统采用双闭环控制方案，其中电流环由角度位置控制器与电流斩波控制
器构成；转速闭环由 PI　调节器构成。根据模块化仿真的思想，将控制系统分割为几个功
能独立的主要模块：SRM 本体模块、电流控制器模块、速度控制器模块、位置传感器模块、
参数计算模块和功率模块。通过这些功能模块的有机整合，可在 Matlab 的 Simulink 中构
建出 SRM

 

控制系统的仿真模型，并实现双闭环的控制算法。

 

　　动态响应特性实验：
　　3.1

 

转速突变实验

　　3.2

 

负载突变实验

　　4.

 

结论

综合开关磁阻电机的角度位置控制与斩波电流控制的控制方法，根据传统 PI 经典控

制理论，设计了 SRM 包含电流闭环和转速闭环的双闭环控制器；利用 Matlab/Simulink