開關(guān)磁阻電機(jī)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)建模研究及應(yīng)用.pdf

1、開關(guān)磁阻電機(jī)(Switched Reluctance Motor，SRM)因無需稀土材料，且具有可靠高、啟動(dòng)力矩大、效率平臺(tái)寬等突出優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。控制器是開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(Switched ReluctanceMotor Driver System，SRD)的關(guān)鍵，其控制算法是SRD的核心，而尋找最優(yōu)控制參數(shù)組合是提高SRD性能的難點(diǎn)，模型是解算最優(yōu)控制參數(shù)的基礎(chǔ)。為提高SRD的性能，論文重點(diǎn)研究SRM建模方法，以期建立準(zhǔn)確的

2、系統(tǒng)仿真平臺(tái)并解算最優(yōu)控制參數(shù)，并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)高性能的SRD。
　　SRM電機(jī)模型包括磁特性模型和損耗模型等。磁特性模型的建立技術(shù)當(dāng)前主要采用解析法和智能法。前者適用于運(yùn)算開銷敏感應(yīng)用，如控制參數(shù)實(shí)時(shí)解算，但大多存在二次近似的問題，轉(zhuǎn)矩計(jì)算開銷較大;后者多適用于精度敏感應(yīng)用，如仿真系統(tǒng)，但目前存在過學(xué)習(xí)、結(jié)構(gòu)不合理、泛化能力不足等問題。傳統(tǒng)鐵損建模方法存在無法準(zhǔn)確獲取材料參數(shù)和難以實(shí)時(shí)計(jì)算問題。針對上述問題，論文改進(jìn)了磁特性模型和鐵損

3、模型，并結(jié)合智能法磁特性模式和鐵損模型建立開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模型，可提高電流和效率仿真的精度;而結(jié)合解析法求解控制參數(shù)，為控制參數(shù)優(yōu)化提供基礎(chǔ)。主要研究工作如下:
　　(1)建立了基于最小二乘支持向量機(jī)（Least Squares Support Vector Machine，LSSVM）的多輸出SRM磁特性模型:將原單輸出級聯(lián)方式模型改進(jìn)為多輸出方式，避免了累積誤差對轉(zhuǎn)矩的影響;改進(jìn)混合多項(xiàng)式的高斯核函數(shù)，提高了LSSVM泛化

4、能力。與傳統(tǒng)單輸出級聯(lián)模型比較，測試樣本上，電流均方誤差從1.97×10-2 A2下降到2.168×10-3 A2，轉(zhuǎn)矩均方誤差從2.1×10-3 Nm2降低到3.577×10-4Nm2。此外利用三角函數(shù)改進(jìn)了傳統(tǒng)SRM磁特性解析模型，避免了轉(zhuǎn)矩計(jì)算中二次近似帶來的誤差和計(jì)算量的增加，保持同等精度同時(shí)大幅降低了轉(zhuǎn)矩計(jì)算的乘和加操作，為控制參數(shù)實(shí)時(shí)解算奠定了基礎(chǔ)。
　　(2)建立了非線性鐵損虛擬電阻模型:采用了一種數(shù)據(jù)剝離法得到測量

5、中額外消耗電流，引入虛擬電阻法模擬鐵損消耗的額外電流，解決了傳統(tǒng)鐵損建模中問題。模型與現(xiàn)有SRM磁特性模型結(jié)合后，可仿真精度更高電流，與實(shí)測電流峰值(30.8A)的絕對誤差從4.955A降低到0.68A。效率誤差也從23.6％降低到1.49％。
　　(3)建立了驅(qū)動(dòng)電路模型以及其他機(jī)械、控制部分模型，結(jié)合改進(jìn)的LSSVM SRM磁特性模型和鐵損模型，構(gòu)建了開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模型及仿真平臺(tái)。仿真與實(shí)測比較，速度最大誤差4％，轉(zhuǎn)矩最

6、大誤差2％，效率最大誤差5％，具有良好的一致性。
　　(4)提出一種非線性解析法計(jì)算最優(yōu)開關(guān)角度:在改進(jìn)磁特性解析模型的基礎(chǔ)上，得到小電感區(qū)的非線性電感模型，基于此模型推導(dǎo)出計(jì)算最優(yōu)開關(guān)角度的解析公式并解算出最優(yōu)開關(guān)角，避免了傳統(tǒng)解析模型計(jì)算最優(yōu)開通角在SRM高速情況存在較大誤差問題。與根據(jù)傳統(tǒng)線性電感模型計(jì)算出的開關(guān)角比較，系統(tǒng)效率提高了0.9％～2.6％，仿真與實(shí)測結(jié)果均很好的驗(yàn)證了此結(jié)果。不但驗(yàn)證提出的優(yōu)化方法的有效性，同時(shí)