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开关磁阻电机驱动系统的控制方式

时间:2017/7/14 9:44:00   来源:本网   添加人:admin

  沈阳建筑工程学院学报ournalofShenyangArch,开关磁阻电机驱动系统的控制方式刘剑田之2,王广东3(1.沈阳建筑工程学院自动控制系,辽宁沈阳1100152.沈阳福玺监理公司,辽宁沈阳110003;3.山东省建筑材料工业学校,山东烟台264000)种基于神经网络的新型期望转矩控制法,仿真结果表明新型控制方式减少了转矩脉动,改善了开关磁阻电机的运行性能。

  开关磁阻电机调速系统(SRD)是20世纪80年代中期兴起的新型调速系统,以其结构简单、造价低廉、控制方式灵活等优势,在很多领域得以广泛应用,已成为普通调速系统的有力竞争者。

  由于开关磁阻电动机低速运行时产生的转矩脉动较大,限制了其在低速要求较高场合的应用。因此如何减少开关磁阻电机的转矩脉动是需要解决的重要研究课题。本文从控制角度出发,讨论SRD运行特性及常规的控制方式,给出了一种改善SRD性能的控制方式。

  1开关磁阻电机调速系统控制特性开关磁阻电动机驱动系统(SRD)是典型的机电一体化的装置,为使开关磁阻电机旋转及转速可调必须有一个控制装置,按一定控制方式和时序让电机绕组通以一定电流。

  数,Tl为负载转矩。

  可以看出控制电流i和通电角度0就能控制转矩T和角速度w这就是驱动器的基本工作原理。

  2开关磁阻电机调速方式开关磁阻电机驱动系统主要由开关磁阻电机、检测电路、功率变换器、信号处理及控制单元四个部分组成,其控制参数主要有转速、绕组电流、开通角和关断角,只要适当合理控制相绕组的通电位置角和各相的相电流就可以控制电磁转矩和角速度。相电流作为控制系统的中间变量,直接关系到电机的输出转矩和转速。常用的调速方式主要有三3. 2.1角度位置控制(APC)法当SR电机在高于基速的速度范围内运行时,因旋转电动势较大,且各相主开关器件导通时间较短,电流较小。通过控制触发角9on和关断角9off,来对电流脉动的大小和相对位置实行间接控制。对各相绕组进行导通位置和导通期长短的控制可以获得最大功率输出特性。

  是角度位置控制法示意图。通常是固定关断角,而仅改变开通角,来达到调节导通角9c 2.2电流斩波控制(CCC)法当电机在起动或低速(一般系指在额定转速的40%以下)运行时,定子相绕组中反电势较小,可能产生过大的冲击相电流,为防止可能出现的过电流和较大电流尖峰,必须采取斩波方式加以基金项目:辽宁省自然科学基金资助项目(972104)限制,即将检测到的相电流与某一给定电流上限值比较,当导通相绕组电流达到设定值时使开关关断,相电流下降;当电流降至电流设定的下限值时,再重新导通功率开关,使相绕组电流上升,这样反复通断功率开关,形成在给定电流值附近上下波动的斩波电流波形。如所示,斩波电流范期望转矩及期望相电流鉴于神经网络具有很强的非线性逼近能力和自学习能力,在非线性和不确定系统的控制方面具有巨大的潜力,在很多领域获得了广泛应用。

  本文期望转矩控制器利用神经网络构成。开关磁阻电机驱动系统控制器结构如所示,采用双闭环结构,输入变量为转矩期望值Tdem和转子位置角9,输出为相电流i. 3期望转矩控制法bookmark5开关磁阻电机运行时绕组相电流既不是恒定直流量,也不是交变的正弦量,其波形随着电动机运行状态的变化而变化,在电流斩波控制方式下,相电流波形是锯齿波形,并随着速度的降低,功率开关器件的开关频率增大,转矩脉动也变大,相应的振动和噪声也将加剧,输出性能变差。而在角度位置控制方式下,电流波形是单脉冲波形。由于这两种控制方式都只根据速度控制电机的开通角、关断角及电流限流幅值,以达到控制相电流的目的,而没有直接对转矩进行控制,同时考虑SR电机内部磁场的非线性,传统的控制方式很难精确控制每一相瞬时转矩。本文从减少转矩脉动的角度出发,对于每一相瞬时转矩,利用期望转矩法,按期望转矩推算出期望相电流,控制相电流使每一相输出的瞬时转矩接近期望转矩,从而获得最小转矩脉动。

  由于SR电机是电感性负载,通电绕组中电流上升和下降不能突变,单相瞬时期望转矩为梯形,经络制神网控器SRD控制结构框图SRD的神经网络控制采用三层前向BP网络输入层神经元个数取4隐含层神经元个数取5;输出层神经元个数1阈值初始状态:/=一如果期望转矩与被测转矩值之间的偏差大于预设的阈值,则进行粗调训练,其训练主要基于以下考虑:(1)相电流与转矩成正比。即相电流增量将导致转矩增量的提高;(2)在相角整个取值范围内,当9取最大值,随着相角偏离9而线性减小,在9和0=时取为0.时(3)当T大于Tdeim时,网络的输出将减小;为使收敛速度加快,采用带惯性项的修正规4仿真实验结果不同开通角情况下进行了计算机仿真研究。

  SRD系统仿真参数为:三相6/4极开关磁阻电机;额定相电流为I=5A;定子电阻为R=3.4最大相电感为250mH,最小相电感为25.8mH;转动惯量为=16X10一5kg、2.示出了在转速为500r/min关断角一定(22.5°)0寸,常规斩波控制的相电流和转矩输出曲线。为在相同条件下,期望转矩控制法的相电流和转矩输出曲线。从仿真结果可以看出,常规斩波控制方式转矩脉动较大,相电流调节时间较长,系统输出性能较差。而新型神经网络控制能减少转矩脉动,提高系统输出效率,对干扰有较强的鲁棒性。

  本文利用MATLAB语言分别在不同转速、王宏华。开关磁阻电动机调速控制技术。北京:机械工业出版社,1997.王永骥,涂健。神经元网络控制。北京:机械工业出版社,1998.