低转矩脉动开关磁阻电机系统的研究

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1、分类号密级低转矩脉动开关磁阻电机系统的研究研究生姓名：李建忠指导教师姓名、职称：瞿遂春教授肖强晖研究员级高工学科专业：电机与电器研究方向：新型电机及其控制湖南工业大学二零一四年四月六日万方数据万方数据万方数据摘要开关磁阻电机是随着现代数字控制技术和电力电子技术的兴起而发展起来的一种新型调速电机。开关磁阻电机结构简单、制造成本低、可靠性高，因此在工程领域中得到了越来越多的应用。但是，较大的噪声和转矩脉动制约了它的进一步普及应用。本文从电机结构设计上以及控制算法上降低转矩脉动。文章首先分析了开关磁阻电机的基本理论，在此基础上设计了一台2.2kW的三相6/

2、4极样机。利用有限元分析软件Ansoft对该样机进行了电磁仿真，仿真结果验证了样机的设计是合理正确的。并通过定子极弧尺寸、转子极弧尺寸以及气隙大小等参数的优化设计降低了电机的转矩脉动。其次，研究了自抗扰控制理论。通过对线性扩张状态观测器和非线性扩张状态观测器的仿真对比实验发现，线性扩张状态器的观测性能更佳。运用有限元分析软件仿真得到样机的矩角曲线与磁化曲线，在Matlab软件中将曲线数据转换成二维查表模块。在此基础上创建了开关磁阻电机非线性模型。对开关磁阻电机控制系统进行了仿真分析，结果表明采用自抗扰控制方法比采用PI控制、滑模变结构控制在减小转矩脉

3、动以及改善系统性能方面更胜一筹。最后，开发出了一套开关磁阻电机控制器，该控制器硬件采用DSP+CPLD方案，程序采用C语言编写。整个系统运行良好，实验结果验证了仿真分析的正确性。关键词:开关磁阻电机，低转矩脉动，非线性模型，自抗扰控制，DSP+CPLDI万方数据ABSTRACTSwitchedreluctancemotorisanewkindofspeedregulatingmotor,Itsdevelopmentiswiththeriseofmoderndigitalcontroltechnologyandpowerelectronicstechn

4、ology.Switchedreluctancemotorissimplestructure,lowcost,highreliability,ithasbeenmoreandmoreapplicationsintheengineeringfield.However,thelargenoiseandtorqueripplefurtherrestrictitsuniversalapplication.Inthispaper,reducedtorqueripplefromthemotorstructureandcontrolalgorithmdesign.

5、Thearticlefirstlyanalyzesthebasictheoryofswitchedreluctancemotor.Onthisbasis,designeda2.2kW6/4polemotor.ElectromagneticsimulationiscarriedoutontheprototypebyusingfiniteelementanalysissoftwareAnsoft,thesimulationresultsverifythedesignoftheprototypeisreasonableandcorrect.Andthrou

6、ghthestatorandrotorpolearcsize,gapsizeandotherparameterstooptimizethedesigntoreducetorqueripple.Secondly,thestudyoftheactivedisturbancerejectioncontroltheory.Experimentbylinearextendedstateobserverandnonlinearextendedstateobserver,theresultsshowedthattheperformanceoflinearexten

7、dedstateobserverisbetter.Usingfiniteelementanalysissoftwaretoobtainedprototypetorque-anglecurveandmagnetizationcurves,curvedatainMatlabsoftwarewillbeconvertedintoatwo-dimensionaltable,thuscreatinganon-linearmodelofswitchedreluctancemotor.Switchedreluctancemotorcontrolsystemfort

8、hesimulationanalysis,resultsshowthattheactivedisturban