开关磁阻电机控制系统研究-开题报告-文献综述-参考文献

一、文献综述

开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，简称SRM或SR电机）基本结构和基本原理的提出可追溯到十九世纪四十年代，英国的Aberdeen和Davidson设计出了开关磁阻电动机的雏形[1]。在二十世纪六七十年代，英国里兹大学和诺丁汉大学开始对电动机进行深入研究[2]。1983年，英国的TASC Drives有限公司将世界上第一台开关磁阻电机Oulron（7.5KW，1500r/min）投放市场。1984年，又推出了4～22KW四个规格的系列产品。原联邦德国在1984年至1986年期间也先后完成了1KW、1.2KW、5KW样机的试制[3] 。英国、美国、意大利、加拿大等经济发达国家对开关磁阻电机调速系统的研究起步较早，并已取得显著效果，产品的功率等级从10W直到数百千瓦。目前，已研制的几十瓦到几千瓦的SR电机已成功运用于车辆牵引、风机、泵及卷扬机等工业生产领域：美国还将SR电机用作飞机的启动、制动装置[4]。

从年1984年开始，我国以较高的起点开始SR电机调速系统的研究、开发工作，并被列入我国中、小型电机“八五”、“九五”和“十五”科研规划项目。在借鉴国外经验的基础上，我国在纺织机械、轻型龙门刨床和食品加工等方面取得了良好的成果[5]。国内许多单位与科研机构先后开展开关磁阻电机的研究工作，华中科技大学开关磁阻电机课题组在“九五”项目中研制出使用SRD的纯电动轿车，在“十五”项目中将SRD应用到混合动力城市公交车，新能源汽车产业技术成为未来五年科技部重点扶持的领域，《“十二五”规划》对新能源汽车行业的大力推进[6]，是对开关磁阻电机行业的极大利好，将大大促进开关磁阻电机行业的发展和应用。

SR电机控制系统融电机、功率变换器、控制电路与位置检测器为一体，其性能的改善不仅依靠优化电机与功率变换器设计，而且必须依赖于先进的控制策略。电机控制参数多，控制系统设计的主要问题是努力实现参数最优化、结构最优化和功能最优化。根据改变控制参数的不同方式，电机有三种控制模式，即角度位置控制（APC）、电流斩波控制（CCC）、电压斩波控制（CVC）[7]。

早期的控制策略主要以线性模型为基础，结合传统PI或PID控制，例如采用前馈转矩或电流控制、反馈转速控制等[8]。Orthmann.R基于SR电机线性模型，通过确定最优关断比率值，导出CCC方式和APC方式下以输出转矩最大为优化目标的关断角最佳控制算法[9]。在常规的电压PWM控制策略中，对应某一宽广的速域，起始导通角是固定不变的，仅通过调节占空比调节转矩很有局限性。针对这一问题，Kjaer.P.C提出了电压PWM方式下效率最优的控制策略即电机速度相对于给定速度的跟踪，仍通过调节占空比实现当系统稳态运行后，则通过不断微调导通角使系统损耗最小[10]。

传统的线性控制方法难以满足电机非线性、动态、变参数的要求。近年来，为改善系统的性能，Elmas.C基于BP算法建立了电机调速系统三层前馈人工神经网络模型。由于人工神经网络在数学本质上属于非线性动态系统，具有很强的自学习、自适应能力，所以人工神经网络理论在电机控制系统中将会大有可为。模糊控制器是一种语言控制器，无须提供被控对象的精确数学模型，本质上也是一种非线性控制，具有较强的鲁棒性[11]。模糊控制器的这些特点，使得从原理上改善电机调速及控制系统的调速性能成为可能。随着时间的推移，数字信号处理器（DSP）的迭代更新，供电机控制的专用DSP应运而生，这种DSP集成了电机控制所必需的可增加死区且灵活多变的多路PWM信号发生器、高速高精度ADC等[12]。DSP的出现，为SR电机系统的数字化控制注入了新的生机，也解决了SR电机的调速性能要求。

尽管开关磁阻电机以其机电一体化装置，结构简单、造价低廉、机体坚固、可靠性高、调速范围广等优点，在工业应用中受到青睐[13]。但是，它运行及控制过程中产生电磁转动脉动大，振动及噪声的问题限制了其在诸如伺服驱动等要求平稳并有一定静态转矩保持能力场合下的应用[4][14]。目前，线性控制理论、非线性控制理论和智能控制理论在减小SRM转矩脉动方面已取得阶段性成果，但远未达到完善的程度。未来一段时间，随着控制技术的不断成熟，各种控制理论相结合，并结合新型的控制策略及分析设计理论，设计出算法简单、自适应性和自学能力强减小转矩脉动的新型控制策略是今后要努力的目标。

二、^范文提纲

1开关磁阻电机的概述及发展

1.1开关磁阻电机的基本结构

1.2开关磁阻电机的运行原理

1.3开关磁阻电机的特点及应用领域成果

2开关磁阻电机系统的硬件组成及基本原理

2.1开关磁阻电机控制系统的主要硬件组成

2.2开关磁阻电机系统的基本控制原理

3 SR电机控制系统的控制方式

3.1角度控制方式(APC)

3.2电流斩波方式(CCC)

3.3电压斩波方式(CVC)

3.4控制方式及控制策略的选择

4 SRD控制系统的常见问题及改良方案

4.1转矩脉动控制问题

4.2振动与噪声控制问题

4.3无位置传感器技术的应用

5全文总结及展望

5.1 全文总结

5.2 展望

三、参考文献

[1]吴建华.开关磁阻电机设计与应用[M].北京:机械工业出版社，2000.

[2]吴建华,詹琼华,林金铭.开关磁阻电机及其发展[J].电工技术杂志，1992(2):10-13.

[3]李俊卿,李和明.开关磁阻电机发展综述[J].华北电力大学学报，2002,29(1):1-5.

[4]吴红星.开关磁阻电机系统理论与控制技术[M].北京:中国电力出版社，2010,7.

[5]詹琼华编.开关磁阻电动机[M].华中理工大学出版社，1992.

[6]薛冬美.我国新能源汽车产业发展战略研究[D].山西财经大学，2011.

[7]刘博强.开关磁阻电机驱动系统研究及实现[D].大连理工大学，2010.

[8]葛宝明,王祥晰,苏鹏声,蒋静坪.开关磁阻电机控制策略综述[M].电气传动，2001年第31卷，第2期.

[9]袁晓玲.开关磁阻电动机振动分析及控制研究[D].河海大学，2004.

[10]郑洪涛.开关磁阻电动机驱动系统建模及其控制策略研究[D].浙江大学，2003.

[11]闫广涛.开关磁阻电机调速系统智能控制策略的研究[D].太原理工大学，2007.

[12]王晓明.电动机的DSP控制—TI公司DSP应用[M].北京:北京航空航天大学出版，2004.

[13]贺益康,许大中.电机控制(第三版)[M].浙江大学出版社，2010.

[14]付增.开关磁阻电机的噪声分析与控制方法研究[D].山东理工大学，2008.