开关磁阻电动机(Switch Reluctance Motor,简称SRM)作为一种新型的机电一体化调速电机,具有结构简单、可靠性强、效率高、成本低和调速性能好等优点,已广泛应用于牵引运输、家用电器、通用工业、航空工业和伺服系统等各个领域。实时而准确的转子位置信息是开关磁阻电机可靠运行的必要前提,但位置传感器的引入不仅增加了系统结构的复杂性,也增加了系统成本和潜在的不稳定性,因此研究开关磁阻电机的间接检测技术就显得很有必要。本课题选用一种新型电流波形观测法和改进型磁链法相结合的新型控制方案,开发了一套基于dSPACE实时仿真平台的开关磁阻电机无位置控制调速系统,并进行了理论研究和实验探索。
本文首先回顾开关磁阻电机的发展历程,介绍了SR电机的工作原理,综述了SR电机传统间接位置检测技术的分类及各自适用范围。针对中低速运行工况,本文提出了一种新型电流波形观测法的间接位置检测方案,并结合各相电感变化的自然几何特性获得离散的转子位置信息。同时,该方案也适用于判断转子初始导通相,实现了在静止条件下SR电机的自起动控制。随着转速的提高,运动电动势对位置检测带来的误差将不能忽略,因此本文在高速阶段采用了一种改进型电流磁链法。该磁链法利用开关磁阻电机的位置信号特征以及SR电机结构的对称性,只需通过检测转子的某个参考位置就可解算出转子位置信号。在改进型磁链法的实现方案中,本文还采用了一种简化磁链解析模型,该模型利用傅立叶分解和反正切函数拟合,较精确地表达了磁链-电流-位置之间的关系。基于MATLAB/SIMULINK工具软件,本文建立了基于上述方案的SRD间接位置检测模型,仿真结果验证了该算法可以较好地实现SR电机在全速范围内的无位置控制。
最后,设计了基于dSPACE平台的开关磁阻电机无位置检测系统,对象为一台12/8的开关磁阻电动机样机,包括硬件电路设计及软件实现,并介绍了dSPACE实时平台的软硬件环境,包括硬件DS1104以及实验测试软件ControlDesk,阐述了基于dSPACE进行控制系统开发的优点。在实际系统设计的基础上,结合本文提出的算法,对样机进行了无位置检测试验研究。根据实验波形验证相关的理论与间接位置检测技术方案的可行性,为SR电机在整个速度范围内的无位置检测技术的研究提供了理论和实践基础。
