基于MATLAB的开关磁阻电机调速系统仿真

边惠惠　王兰军　陈华

摘  要：根据开关磁阻电机调速系统的结构，建立开关磁阻电机转速、电流双闭环控制系统，采用电流斩波控制方式来改变电机转速，首先利用MATLAB/SIMULINK建立调速系统各个模块的模型，最后建立开关磁阻电机调速系统模型，并进行仿真和性能分析。

关键词：开关磁阻电机;MATLAB;双闭环控制

中图分类号：TM352 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）31-0079-02

Abstract： According to the structure of switched reluctance motor speed control system， the double closed loop control system of switched reluctance motor speed and current is established. The speed of switched reluctance motor is changed by current chopping control mode. Firstly， the model of each module of speed regulation system is established by MATLAB/SIMULINK. Finally， the model of switched reluctance motor speed control system is established， and the simulation and performance analysis are carried out.

Keywords： switched reluctance motor; MATLAB; double closed loop control

引言

开关磁阻电机（SRM）凭借具有价格便宜、结构牢固简单、调速性和启动性能好、运行效率较高等特点，使得国内外大量学者对其进行深入研究[1]。本文选用额定转速为1500r/min的SRM，建立开关磁阻电机转速、电流双闭环控制系统，采用电流斩波控制（CCC）方式来改变电机转速，防止过大的电流以及磁链峰值，使得转矩平稳[2]，并基于MATLAB/SIMULINK建立调速系统的模型，进行了仿真和性能分析。

1 开关磁阻电机调速系统（SRD）的结构

SRD主要有五大部分组成，分别是SRM、功率变换器、控制器、位置检测和电流检测[3]。如图1所示。

2 建立仿真模型

利用MATLAB/SIMULINK建立SRD的模型，主要有四大模块组成，分别是SRM电机模块、电流滞环控制器模块、PI控制器模块、位置检测装置模塊和功率变换装置模块[4]。

2.1 位置检测模块

位置检测装置主要是用来检测定子和转子的相对位置，用来判断某一相绕组是否通电，从而完成转速的控制。仿真模型如图2所示。

2.2 电流斩波控制器模块

电流斩波控制器中设计滞环比较器，设置电流斩波的上下值，改变电机绕组中电流的大小，从而调节电机的转速。仿真模型如图3所示。

2.3 功率变换器模块

功率变换器是电源和电机之间的接口，能够起到开关的作用。仿真模型如图4所示。

2.4 PI控制器模块

在速度环中加入PI控制，主要有三部分组成，即比较模块、积分模块和限幅模块。仿真模型如图5所示。

2.5 调速系统模型

SRM采用经典的双闭环控制，电机模型调用MATLAB/SIMULINK库中的Switched Reluctant Motor模型，仿真模型如图6所示。

3 结果分析

设置仿真模型中初始给定转速为1500r/min，滞环控制器的上下限为（10，-10），PI控制器中Kp=3，Ki=0.5，位置检测器的关断角为40°，开通角为75°，仿真时间为0.2s，空载启动，运行0.1s后加入30N·m的负载力矩。仿真曲线如图7所示。

从图可以看出，启动转速为0，运行0.08s后转速达到额定转速1500r/min，加入负载后转速略微下降，符合实际情况。

4 结论

本文根据开关磁阻电机调速系统的结构，首先利用MATLAB/SIMULINK建立调速系统各个模块的模型，最后建立开关磁阻电机调速系统的模型。根据仿真结果，我们得出该仿真模型具有稳定、响应时间短、调速准确等优点。

参考文献：

[1]王宏华.开关型磁阻电机调速控制技术[M].北京：机械工业出版社，1995.

[2]张小春，任开春，张迁，等.Matlab软件中的开关磁阻电机模型研究[J].UPS应用，2013（143）：52-56.

[3]赵影，刘娅如.基于Matlab/Simulink和Ansoft/Rmxprt的开关磁阻电机系统控制仿真研究[J].测控技术，2012（02）：107-110.

[4]李锋，刘芬，王宝忠.基于模糊PI控制的开关磁阻电机调速系统的MATLAB仿真[J].电子设计工程，2015（08）：114-117，121.