基于MATLAB的開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)的建模

王愛花，謝海良

（漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南漯河 462000）

MATLAB 是一款主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高端科學(xué)計(jì)算軟件，作為MATLAB 最重要組件之一的Simulink，集成了動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的功能，利用其電氣系統(tǒng)模塊庫（Power System Blockset）可以準(zhǔn)確快速的對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)（SRD）進(jìn)行建模仿真。

1 SRD組成

SRD 主要由5 大部分組成，分別是開關(guān)磁阻電機(jī)本體（SRM）、電流檢測(cè)器、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器、功率變換器、控制器5大部分組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)框圖

SRM 是SRD 的執(zhí)行部件和動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)，它負(fù)責(zé)完成控制者下達(dá)的控制指令，最終將系統(tǒng)的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能輸出，是SRD 中機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的部件，也是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件之一。

SRM 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所需要的能量來自于功率變換器，它把蓄電池的直流電能以合適的方式轉(zhuǎn)換后提供給SRM。因?yàn)镾RM 繞組的電流是單向的，所以其功率變換器不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且相繞組與主開關(guān)器件采用的是簡(jiǎn)單的串聯(lián)連接方式，避免了直接短路故障現(xiàn)象。功率變換器主電路的結(jié)構(gòu)形式由供電電壓、電動(dòng)機(jī)相數(shù)以及主開關(guān)器件的種類所決定，它是SRD 能量傳輸?shù)耐ǖ溃苯佑脕眚?qū)動(dòng)SRM，因此功率變換器是影響SRD 性價(jià)比的主要因素之一。

SRM 的運(yùn)行狀態(tài)取決于控制器。控制器通過綜合處理速度、位置和電流等信號(hào)并通過功率變換器實(shí)現(xiàn)對(duì)SRM 運(yùn)行狀態(tài)的控制，所以控制器的優(yōu)劣將會(huì)直接影響到SRM 的運(yùn)行性能。

位置檢測(cè)器用來檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置以及提供速度信號(hào)。電流檢測(cè)器用來檢測(cè)系統(tǒng)的電流信號(hào)并提供電流信息來完成電流斬波控制或采取相應(yīng)的保護(hù)措施以防止出現(xiàn)過電流現(xiàn)象。

2 SRM本體模型

如圖2所示為在Simulink 中創(chuàng)建的SRM 本體模塊，它包含轉(zhuǎn)矩計(jì)算和相電流生成2個(gè)子模塊，是SRD 仿真模型的核心。模型可以準(zhǔn)確求取SRM 位置信號(hào)、轉(zhuǎn)速和三相相電流，通過f lux linkage、Angle、TTBL 和電流表，模型可以準(zhǔn)確描述SRM 的本質(zhì)屬性。因此，MATLAB 可把開關(guān)磁阻電機(jī)的特性做的非常接近實(shí)際電機(jī)的特性。

圖2 SRM本體模塊

3 SRD系統(tǒng)仿真模型

在Simulink 中構(gòu)建出SRD 系統(tǒng)的仿真模型，如圖3所示。電路由參考電流信號(hào)10觸發(fā)功率變換器，其內(nèi)部的電子開關(guān)器件依次導(dǎo)通并輸出電流給SRM，定子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子向同一方向持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速經(jīng)過位置傳感器處理后變成邏輯信號(hào)和給定電流信號(hào)相乘，然后再與反饋回來的電流值做差，信號(hào)再經(jīng)過一個(gè)電流滯環(huán)環(huán)節(jié)產(chǎn)生鋸齒狀的波浪信號(hào)，再傳遞給功率變換器，周而復(fù)始地控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)轉(zhuǎn)速趨向勻速，電流、力矩和磁通都有所減小，直到電機(jī)達(dá)到指定轉(zhuǎn)速后，電流滯環(huán)也不再起作用，切換控制。

圖3 SRD的仿真模型

4 結(jié)束語

通過一種將控制系統(tǒng)模塊化、功能化的新的建模方法，在MATLAB 仿真軟件的Simulink 模塊下建立了SRM 的數(shù)學(xué)模型，并應(yīng)用該方法建立了三相6/4 極SRM 本體模塊和SRD系統(tǒng)模型，為SRD 系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)提供了新的途徑和工具。