基于改进直接瞬时转矩控制的开关磁阻电机驱动系统研究.pdf

哈尔滨理工大学工学硕士学位论文

基于改进直接瞬时转矩控制的开关磁阻电机

驱动系统研究

摘要

开关磁阻电机（SwitchedReluctanceMotor、SRM）结构简单、成本较低、

调速范围广、在恶劣环境下也可以正常工作，因而在家电、工业制造、新能源汽

车、航空航天等领域应用广泛。但是SRM本身的双凸级结构使其具有很强的非

线性，导致在工作过程中，尤其是在换相时会出现转矩脉动较大的问题，使得

SRM在一些精度要求较高的场合中的应用受到限制，因此开展SRM控制系统

的研究有着急切的需求与重要的现实意义。

本文首先阐述了该课题的研究目的与意义，分析了开关磁阻电机工作原理

和转矩脉动产生原因，综述了SRM转矩脉动抑制方式和自抗扰控制的研究现

状，介绍了SRM的数学模型与基本控制方法。然后利用有限元分析软件获得静

态特性曲线，在此基础上使用Matlab/Simulink搭建SRM本体的非线性模型，为

下文研究打下坚实的基础。

其次，针对传统直接瞬时转矩控制（DirectInstantaneousTorqueControl、

DITC）在换相区间转矩脉动较大的问题，根据SRM的转矩特性，对换相区进

行重新划分，并设置相应的滞环控制策略，通过细化控制较好地抑制了换相区

转矩脉动。为进一步减小全区域的转矩脉动，提出一种基于转矩预测的直接瞬

时转矩控制策略，该策略能够选择多种矢量组合方式，通过预测转矩合理地安

排矢量作用时间，使得电磁转矩更接近于参考转矩。通过仿真验证，该方法在

不同转速、不同负载下均能够有效地抑制转矩脉动，同时减小电流峰值，并抑

制负转矩的产生。

然后，针对PI控制器难以适应非线性、参数复杂时变的SRM驱动系统大

范围调速的问题，提出一种模糊自抗扰控制方法。结合SRM运动方程对直接瞬

时转矩控制系统速度环的自抗扰控制器进行设计，以转速差及其微分作为输入

量，并按照调速要求制定相应的模糊控制规则，利用模糊控制输出量对自抗扰

控制器的参数进行实时调节。由于模糊自抗扰控制器的参数能够适应系统工况

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变化，所以可以有效改善系统的控制性能。仿真结果表明，引入模糊自抗扰之

后，系统响应速度快、超调量小，动静态特性均得到改善。

最后，在理论分析的基础上搭建实验平台进行实验验证。本文以一台5.5kW、

三相12/8极SRM作为控制对象，以TMS320F28335作为主控芯片，对系统的硬

件与软件分别进行设计。将实验数据与仿真结果对比分析，证明了本文所提方

法的有效性。

关键词开关磁阻电机；直接瞬时转矩控制；转矩预测；模糊自抗扰控制

II

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ResearchonSwitchedReluctanceMotorDrive

SystemBasedonImprovedDirectInstantaneous

TorqueControl

Abstract

SwitchedReluctanceMotor(SRM)hasasimplestructure,lowcost,widerange

ofspeedregulation,andcanworkwellinharshenviron