电子论文-开关磁阻电机调速系统研究及MATLAB仿真

本科毕业（设计）论文

当径向磁拉力的谐波频率与定子固有频率一致时，将会产生严重的噪声和振动。

由于SR电机的转矩是波动性质的，因此，转矩波动是导致SR电机的噪声、振动的一个原因；但是随着研究的深入，各国学者发现，转矩波动只是电机噪声产生的原因之一，在某些电机实验中转矩波动导致的噪声甚至不是最主要的，因径向单边磁拉力而引起的电磁噪声在电机噪声中反而占据更大的比例。 当给SR电机一相绕组通电时，定子励磁极和转子磁极之间产生磁吸力，力图使磁路的磁阻最小。磁吸力可分成两个方向的分量:切向磁吸力和径向磁吸力，切向磁吸力正是所需要的使电机运行的电磁转矩。径向磁吸力非但不能产生电机旋转所需要的电磁转矩，反而力图压缩定、转子间气隙。径向磁吸力也是一个脉动的力波，在齿对槽位置时最小，在齿对齿位置时最大。在脉动的径向磁吸力作用下，转子由于可视为实心圆柱体，具有很好的刚性，因此基本不受影响；而定子是壳体结构，不可避免地形成压缩、扩张振动，可等效为由阻尼器、弹簧及质量所组成的系统，振动通过机壳向外发射噪声，构成SR电机噪声的根源之一，一旦径向磁吸力的谐波频率与定子的固有频率重合，噪声将会十分严重。

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开关磁阻电机调速系统研究及MATLAB仿真

第4章 开关磁阻电机调速系统MATLAB/SIMULINK仿真

4.1仿真软件MATLAB简介

随着计算机在电力、航空、机械、汽车、制造等各个行业的深入广泛的应用，用计算机解决数学模型成为了各行业革命性的话题，这场革命的方向是高度自动化、智能化、科学规划化、集成化。此外，控制理论经过数十年的发展，取得了丰富的研究成果，并在工程中得到了广泛的应用。目前控制理论的大量研究成果，如经典控制、现代控制和自适应控制等都是基于对控制对象的动力学特性进行一定精度的数学建模，因此尽可能获得控制对象的精确数学模型是成功地进行控制器设计的重要因素。而计算机的出现使这成为可能，由MathWork公司推出的MATLAB使得为解决这些具体问题而建立数学模型变得轻松、便捷，为科学和工程技术人员节约了宝贵的精力，并赢得了时间。MATLAB凭借其强大的矩阵运算能力、简便的绘图功能、可视化的仿真环境以及丰富的算法工具箱，己成为科研和工程技术人员的有力开发工具。它将数值分析、矩阵计算、图形图象处理和仿真等诸多强大功能集成在一个极易使用的交互式环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多学科提供了一种高效率的编程工具，集科学计算、自动控制、信号处理、神经网络、图象处理等于一体。

MATLAB具有三大特点：

1.功能强大。包括数值计算和符号计算，计算结果和编程可视化，数学和文字统一处理，离线和在线计算。

2.界面友好，语言自然。MATLAB以复数矩阵为计算单元，指令表达与标准教科书的数学表达式相近。

3.开放性强。MATLAB有很好的可扩充性，可以把它当作一种更高级的语言去使用。用它容易地编写各种通用或专用应用程序。

MATLAB有许多工具箱Toolbox，这些工具箱大致可分为两类：功能性工具箱和学科性工具箱。前者主要用来扩充MATLAB的符号计算功能、视图建模功能和文字处理功能以及与硬件实时交互功能；而后者专业性较强，如各种工具箱，

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使MATLAB在线性代数、矩阵分析、数值计算及优化，数理统计和随机信号分析、电路与系统、系统动力学、信号和图像处理、控制理论分析和系统设计、过程控制、建模和仿真、通信系统、财政金融等众多领域的理论研究和工程设计中得到了广泛应用。

作为MATLAB的重要组成部分，Simulink具有相对独立的功能和使用方法。确切的说，它是对动态进行建模、仿真和分析的一个软件包。Simulink的模块库为用户提供了多种多样的功能模块。然而，对于电气传动研究人员来说，一直被一个问题所困扰，即：如何准确而快速地对电路以及更复杂的电气系统进行仿真。如果各环节用简化传递函数来表示，则很多重要环节会被忽略。而MATLAB中的电气系统模块库(Power System Blockset)解决了这个问题。电气系统模块库以Simulink为运算环境，涵盖了电路、电力电子、电力传动和电力系统等电工学科中常用的基本元件和系统的仿真模型。它由电源模块库、基本元件模块库、电力电子模块库、电机模块库、连接模块库、测量模块库等6个子模块库组成。在这6个基本模块库的基础上，根据需要，可以组合封装出常用的更为复杂的模块，添加到所需模块库中去。总之，MATLAB非常适用于自动化领域的研究与开发。

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4.2 SRD调速控制策略的研究

4.2.1 SR电机的运行特性

SR电机运行特性可分为三个区域：恒转矩区、恒功率区和自然特性区(串励特性区)，如图4.1所示恒转矩区的转速范围为：0?n1，恒功率区转速范围为：

n1?n2，自然特性区转速范围为：n2?n3，一般的调速区间为：0?n2。

T恒转矩区恒功率区串励特性区CCC方式T?costAPC方式T??r?costT??r2?cost0n1n2n

图4-1 SR电机典型运行特性

在恒转矩区，由于电机转速较低，电机绕组反电势小，因此需对电流进行斩

波限幅，也可以采用调节相绕组外加电压有效值的方式，即PWM控制方式：在恒功率区，通过调节主开关管的开通角和关断角得到恒功率特性，称为角度位置控制方式；在自然特性区，电源电压开通角和关断角均固定，由于自然特性和串励直流电机的特性相似，故亦称为串励特性区。n1、n2为各特性交接的临界转速，是SR电机运行、设计和控制时要考虑的重要参数。n1是SR电机开始运行于恒功率特性的临界转速，定义为SR电机的额定转速，对应功率即为额定功率；n2是能得到额定功率的最高转速，恒功率特性的上限，可控条件都达到了极限，当转速再增加时，输出功率将下降，n2亦称为第二临界转速。

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