基于单个功率模块的开关磁阻电机控制

开关磁阻电机(SRM)由于其显著的特点而得到业界广泛关注。但实际应用中,SRM所占市场份额不多。主要原因是几乎所有的功率器件集成模块都是基于变频器主电路研发和制造的,SRM专用的功率集成模块几乎没有,SRM主电路简单的优势体现不出来。研究基于单个功率模块的SRM系统,分析其工作模式、换相情况及应用场合。采用单个功率模块,其驱动和控制电路在价格上与变频器相当,为SRM的广泛应用提供了强有力的支持。仿真和试验结果验证了理论分析的正确性和实用性。     

Self-tuning control of a switched-reluctance motor drive with shaftposition sensor

The control of the switched-reluctance motor (SRM) is usually based on the inductance profiles as a function of position. This paper addresses the problem of obtaining optimal performance from an SRM in the presence of parameter variation, which can alter the phase inductance profiles. The operation of an SRM drive in the controlled current mode from zero to base speed is considered. New self-tuning algorithms are presented which optimize the steady-state performance of the drive as measured by torque per ampere (TPA). Computer simulations are employed to show the existence and uniqueness of a solution to the optimal TPA problem. The application of the new control strategy is explained in the content of a speed controlled drive system. Experimental results are provided to demonstrate the validity of the self-tuning controller     

基于RBF神经网络非线性预测模型的开关磁阻电机自适应PID控制

开关磁阻电机的非线性和变参数特性使得采用传统的PID控制很难取得较好的控制效果。人工神经网络在一定的条件下可以任意精度逼近任意非线性函数且具有较强的自学习、自适应、自组织能力。故将其与传统的PID控制相结合构成神经网络自适应PID控制策略，应用于非线性严重的开关磁阻电机，可实现对开关磁阻电机的高性能控制。同时，神经网络所具有的非线性变换特性和高度的并行运算能力使得其适合建立非线性预测模型进行参数预测。通过对被控系统参数的预测，可提高系统的动态响应性能。该文采用两个神经网络-BP神经网络和RBF神经网络来分别构成神经网络NNC和神经网络NNI。神经网络NNC进行自适应PID参数调节；神经网络NNI用来建立非线性预测模型进行参数预测。为进一步加快神经网络的学习收敛速度，该文采用变学习速率的神经网络学习算法，学习速率随收敛过程误差的大小而自适应地进行调整，这可大大加快神经网络学习训练的收敛速度，进一步提高系统动态响应速度。实验结果表明，系统的动态响应快，超调小，稳态精度高，鲁棒性强，有较强的抗扰动能力，具有较好的控制效果。     

滑模观测器在开关磁阻电机无位置传感器控制中的应用研究

提出了一个基于开关磁阻电机电感模型的滑动模型观测器来估计电机的位置和速度。仿真结果显示当电机的转速高于 2 0r/min时 ,此观测器能得到高分辨率的转子位置估计结果。为了在整个调速范围实现无传感器控制 ,还分别研究了另两种在接近零转速和起动阶段使用的控制方法来判断开关时刻。在全部调速范围内对整个系统进行了仿真和实验 ,结果令人满意。     

超高速开关磁阻电动机设计

开关磁阻电机结构简单坚固,转子上无永磁体和绕组,特别适合超高速运行。针对超高速电机的运行特点,对超高速开关磁阻电机的多物理场一体化设计方法进行探讨,研制了一台6/2结构超高速开关磁阻样机,样机最高转速为130 000 r/min,功率为1 kW。为提高样机的起动转矩,改进了样机的转子结构,并基于有限元法对样机的电磁性能和动力学性能进行优化。采用自主开发的具有角度控制功能的开关磁阻电机专用集成电路SR3P10K07A作为控制系统的控制核心。最后对样机进行了实验,实验结果表明本文采用的设计方法、转子结构和专用芯片是可行和有效的。     

Acoustic noise cancellation techniques for switched reluctancedrives

The levels of acoustic noise emitted by switched reluctance motor (SRM) drives are noted as being above those of competing variable speed drives. In other respects, the SRM drive offers distinct advantages. In a previous paper, the authors described a new technique for the cancellation of radial vibrations of the stator. This new technique was limited to power converters offering a zero voltage freewheel path. This paper describes further development of the technique which allows noise cancellation to be achieved with all types of power converter. The techniques disclosed in this paper include a smoothing method, a three-stage commutation method for converters with one switch per phase and a noise cancellation technique suitable for SRM drives incorporating an extended zero-voltage freewheel period for improved efficiency. The techniques are all compared, with experimental and simulated results     

基于DITC的开关磁阻电动机可逆控制系统

与传统的交直流电动机相比,开关磁阻电动机(Switched Reluctance Motor,简称SRM)的主要缺点是其转矩脉动较大以及由此引起的噪声和振动。通过引入直接瞬时转矩控制(Direct Instantaneous Torque Control,简称DITC),可有效减小SRM控制系统的转矩脉动。介绍了SRM-DITC可逆运行系统的主要组成,并提出了在可逆运行工作模式下的DITC方法。通过仿真和DSP物理实验,验证了所提方法的有效性。     

一种新型开关磁阻电机软开关功率变换器的研究

为了实现开关磁阻电机（SRM）绕组电流或磁链的精确控制,必须提高SRM功率变换器的工作频率以提高系统的动态响应速度.然而,较高的工作频率会引起严重的电磁干扰（EMI）和开关损耗从而导致系统整体效率降低,文中结合谐振开关（RS）、直流谐振环（RDCL）和脉冲宽度调制（PWM）的优点,提出了一种新型的软开关SRM功率变换器,基工作原理为通过在非对称桥式电路的基础上增加一套换流电路,以此实现功率器件的软开关.在对变换器工作原理详细分析的基础上,导出了实现软开关的条件并给出了设计实例.仿真和实验研究证实了新型软开关SRM变换器的可行性.     

A new energy optimizing control strategy for switched reluctancemotors

This paper describes a new and machine-independent method to minimize the energy consumption of a speed controlled switched reluctance motor (SRM). The control strategy is to vary the duty cycle of the applied DC voltage in order to obtain the desired speed quickly and when operating in steady-state vary the turn-on angle (a_on) of the phase voltage to minimize the energy consumption. The power flow is measured in the DC-link and used to control the turn-on angle. Simulations carried out on a three-phase 6/4 pole SRM justify the algorithm and the physical implementation in a Siemens SAB 80C517A microcontroller is described. Measurements on two different load systems show it is possible to minimize the energy consumption on-line in a speed controlled switched reluctance motor without losing the dynamic performance. A comparison with an ordinary mode-shift controlled SRM shows more than an 8% increase in overall efficiency for some operation points. The algorithm is fully applicable to other switched reluctance motors at other power levels or with other pole configurations     

基于GA-ANFIS的开关磁阻电机建模

针对在使用自适应神经网络模糊推理系统对开关磁阻电机进行建模的过程中收敛速度慢的问题,采用将遗传算法和自适应神经网络模糊推理系统相结合的开关磁阻电机建模方法.网络结构仍然采用具有很强鲁棒性和自适应性的Takagi-Sugeno模型,而在网络参数训练时将遗传算法与自适应神经网络模糊推理系统的传统混合学习算法相结合,以提高训...     

基于单片机的开关磁阻电机调速系统的研究

介绍了开关磁阻电机调速系统的组成,以MC9S12DG128BV单片机为控制器核心,设计并搭建了开关磁阻电机调速系统实验平台,利用改进的模糊PI控制策略实现转速闭环控制,以使不同负载情况下电机具有良好的调速功能。实验结果显示,该系统具有良好的动态和静态特性,满足设计要求。     

Sensorless control of SRM based on a simple expression of magnetization characteristics

Switched reluctance motors (SRM) have a simpler and more rugged construction than conventional ac motors, and hence are suitable for low‐cost variable‐speed drives in many industrial applications. However, the need to use a traditional position sensor for their control is one of the disadvantages of SRM from the standpoints of cost, size, and reliability. For practical use, there is a need for sensorless drive of SRM. This paper describes position‐sensorless control of SRM based on a simple expression of their nonlinear magnetization characteristics. Successful experiments using a 1.5‐kW, 5400‐rpm SRM with a 6/4 pole configuration have verified the practicability of the proposed sensorless control scheme. © 2001 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 137(2): 52–60, 2001     

数模混合式开关磁阻电动机驱动控制器设计

提出一种数模混合式开关磁阻电动机控制器 ,在低成本的前提下大大提高了开关磁阻电动机控制系统的抗干扰能力。在调速控制中提出了限幅斩波控制方式 ,在一定程度上降低了开关磁阻电动机的噪声     

一种五相开关磁阻电机调速系统的设计与实现

五相开关磁阻电机(SRM)相对于常用的三相、四相SRM来说其技术难度较大,但转矩波动更小,运行更加平稳.结合近期实际研制的一种1.1 kW五相SRM调速系统(以下简称1.1 kW系统)阐述了设计和实现时的一些要点.实际应用证明该系统收到了良好的经济效益.     

电动汽车用SRM调速系统的分析与仿真

对越来越普遍应用于电动汽车的SRM的调速系统进行分析和仿真,并结合控制策略对相应的运行状况进行电路仿真并得出结论。详细介绍了开关磁阻电机的运行状况,重点结合SRM不同运行阶段的控制策略,对器件的开通、关断和导通角的要求进行介绍与分析。对单相控制的电路原理进行仿真分析,并对器件进行定额;通过结合控制策略对四相8/6极SRM的启动、调速、制动运行状态进行分析,得出SRM结论,说明控制方案的有效性。     

Application of sensor integration techniques to switched reluctancemotor drives

A novel drive system for a switched reluctance motor (SRM) is described. Instead of current sensors, the drive uses power MOSFET transistors with integrated pilot devices for current sensing. To compensate for the loss of current feedback when the switches are `off', a fixed off-time chopping strategy is used to control the phase currents. To eliminate the position sensor normally required for SR motor control, the controller estimates the rotor position using phase inductance measurements. The position estimation scheme is sufficiently precise to allow positioning of the phase firing pulses to within approximately two electrical degrees of the desired rotor angle, and full four-quadrant operation of the system is possible. A laboratory prototype system built and tested at speeds up to 3000 r/min shows good performance in all four operating quadrants, including at zero speed. The control is implemented in a single low-cost microprocessor     

开关磁阻电机双向控制系统的研究

研究了一种新型开关磁阻电机双向控制系统,介绍了开关磁阻电机的发电,电动工作原理.基于电动汽车的运行特点.分析了其数学模型,并确定控制策略,采用H桥式功率主电路,运用电流和电压两种斩波控制方法.最后对样机进行实验研究,在电动和发电两种状态,系统运行稳定、性能良好,从理论和实践上为电动汽车的制动能量的回收提供了可行性方案.     

高速开关磁阻电动机数字控制器设计与FPGA验证

针对三相6/2结构开关磁阻电动机,采用数字集成电路设计了一种通用数字控制器,转速有效控制的范围为60 r/min~45 000 r/min。设计使用Verilog HDL语言;完成逻辑仿真后,综合、下载到FPGA芯片,并与MSP430F147微处理器构成控制系统电机进行控制验证。试验结果表明,设计的数字控制器可有效满足高速开关磁阻电机的控制要求,控制系统设计简化。     

基于电流波形检测法的开关磁阻电动机无位置传感器控制

开关磁阻电动机(SRM)在采用电压PWM控制方式时,通常在定、转子齿极开始重叠位置处出现峰值电流。传统电流梯度法利用该峰值电流的前后电流微分值符号变反的特征,通过微分和过零检测电路得到转子位置,但存在检测电路参数设计繁琐,低速运行时不易获取正确的转子位置以及容错能力较差等缺点。为此,提出了一种基于电流波形检测的转子位置估算方法。该方法通过比较前后时刻电流大小,在该相关断时刻确定该相电流峰值及其对应的时间,并与前一相峰值电流对应时间共同计算确定后一相的关断时间。随后通过给定开通角,计算出开通角对应脉冲数,再通过比较当前计数值与该开通角对应的脉冲数,确定当前相或后一相的开通时间。该方法不仅保留了不依赖SRM参数的优点,而且无需微分、过零检测等外围电路,在低速运行时也能够得到正确的转子位置且具有较强的容错能力。通过基于该方法搭建的SRM无位置传感器控制系统的DSP驱动实验,证明了所提方法的可行性和有效性。     

开关磁阻电机滑模变结构速度控制

介绍了1种采用滑模变结构控制策略的开关磁阻电机速度控制系统。该系统通过将转矩控制内环和速度控制外环相结合,在滑模控制器中加入了加速度估计,改善了系统性能。通过对电机的速度特性进行仿真,证明其滑模控制方法简单,鲁棒性强,且加速度估计器的运用减小了滑模抖振。