基于SIMULINK的开关磁阻电机调速系统的建模与仿真-

1、基于SIMUL IN K的开关磁阻电机调速系统的建模与仿真孙剑波詹琼华(华中科技大学电气与电子工程学院武汉430074摘要:提出一种在MA TLAB/SIMUL IN K环境下建立开关磁阻电机模型的方法,其主电路可用SIMUL IN K库中的功率电子器件直接搭建,并用此模型对SRD系统的高、低速动态性能进行了仿真,结果表明此模型对实际SRD系统模拟效果很好,是研究SRD系统控制方法的一种有效的辅助手段。关键词:开关磁阻电机;MA TLAB;仿真中图分类号:TP391.9Simulation Model of Switched R eluctance Motor B ased on Matlab

2、/SimulinkSun JianboZhan Q ionghu a(Huazhong University of Science&Technology,Wuhan430074Abstract:A modeling method of Switched Reluctance Motor(SRMbased on MA TLAB/SIMUL IN K is proposed in this paper,which main circuit can be put up by using the power electronic component in the library of SIMU

3、L IN K.Using this model to simulate the high speed and low speed dynamic performance of SRD system,the result shows that the model is very approximate to the real SRD system.Its an effective assistant approach of control strategy study of SRD system.K ey w ords:SRM,MA TLAB,simulationClass number:TP3

4、91.91引言开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,简称SRM是80年代兴起,并得到迅速发展的一种新型调速电机。开关磁阻电机的运行遵循“磁路磁阻最小”原理,是磁阻电机与电力电子开关电路及电子控制器所组成的机电一体化设备,不仅保持了交流感应电机的结构简单、坚固可靠的优点和直流电机良好的可控性,还具有交流调速系统和直流调速系统所达不到的价格低、效率高和适应能力强等优点。是现代传动系统中强有力的竞争者,具有广阔的发展前景。但由于SRM电机的双凸极结构,以及非线性开关电源供电等特点,使得开关磁阻电机驱动系统(简称SRD的设计和运行,都与传统电机驱动系统明显不同。由于SRM电

5、机本身是一个多个可控量、强耦合的非线性系统,为了得到较好的调速性能,必须使用先进的控制方法2。在研究控制方法时,仿真是一个非常有效的手段。但是,在目前最新的MA TLAB版本(V6.5的SIMUL IN K模块库中,尚无开关磁阻电机的模型。已有的文献中提出的开关磁阻电机模型都需要专门编写开关函数来代替功率变换器,因此不能对功率主电路进行仿真3,4。作者运用SIMUL IN K 中的基本模块,建立了开关磁阻电机的动态模型。该模型可直接搭建功率主电路,且具有参数修改方便、适用性强等特点,给广大SRD控制研究学者的后续研究提供了便利。701总第144期2004年第6期舰船电子工程Ship Elect

6、ronic Engineering收稿日期:2004年2月19日,修回日期:2004年3月25日2SRD 系统简介2.1SRM 理想线性化数学模型现以一台6/4极,定转子极弧均为30°的三相开关磁阻电机为例来说明,相电感曲线如图1 所示。图1电机的理想线性相电感曲线电机的电磁转矩可由下式计算:T e =12i 25L (5取相电流、转速、位置角作为状态变量,电机的状态方程为:didt=-(R +dL dL i +ULddt =(T e -T L -B Jddt=式中 J 为转子转动惯量,T L 为负载转矩,B 为阻尼系数。2.2SRD 系统框图SRD 系统一般由开关磁阻电机本体、位置

7、检测器、功率变换器、控制器等组成。系统框图如图2所示。功率变换器一般采用H -桥连接形式,如图3所示(图中A 、B 、C 分别表示电机的三相绕组。图2SRD 系统框图图3H -桥主电路3 SIMUL IN K 下电机模型的实现3.1电机状态方程的实现S -FUNCTION 的编写开关磁阻电机状态方程所描述的非线性动态系统很容易用SIMUL IN K 中的S -FUNCTION模块实现(限于篇幅,本文的所有源程序代码从略。3.2SRD 系统的实现在SIMUL IN K 下实现速度、电流双闭环的SRD 调速系统的模型如图4所示。速度环采用传图4SRD 系统仿真模型统的PI 调节器,电流环采用滞环比

8、较器。图中:位置检测模块是一个M -FUNCTION ,它的输入为A 相转子位置角、开通角和关断角;它的输出为三路转子位置检测信号。VSRM 模块表示封装好的开关磁阻电机模型,它可以象SIMUL IN K 模型库中的其它电机模型一样,直接用IG B T 与其相接以构成主电路,因此除了可以仿真电机的运行性能以外,还可以仿真主电路的工作情况。图5显示了VSRM 模块的内部结构。它是通过三个电压检测模块检测出电机的三相相电压,然后将相电压和负载转矩一起送入SRM801孙剑波等:基于SIMUL IN K 的开关磁阻电机调速系统的建模与仿真总第144期 模块(由S -FUNCTION 构成,实现了电机的

9、状态方程。SRM 模块输出电机的三相相电流、电机转速、转子位置角以及电磁转矩。三相相电流通过受控电流源在主电路中形成同大小流动的电流 。图5VSRM 模块的内部结构由模型可见,控制参数可直接在模型上修改,电机参数全部在S -FUNCTION 中修改。若想进行非线性电感模型仿真,只需将电感和电磁转矩求取改为插值查表函数即可3。因此,此模型修改方便,适用性强。同时由于采用了封装的方法,主电路可直接搭建,无需专门为电机编写开关函数,对SRD 系统的实际运行有更强的仿真效果4。4SRD 系统仿真现以一台三相6/4极开关磁阻电机为例来进行仿真,电机参数为:P N =7.5kw ,N =1900r/m i

10、 n ,U n =460V ,I N =32A ,L min =10m H ,L m ax =110m H ,s =r =30°,J =0.016kg m 2,B =0.001,r =0.0246 。图6速度阶跃响应(3=800r/min 当负载转矩给定为10N m ,速度给定为800r/min 时,速度阶跃响应、稳态速度曲线、相电流和电磁转矩分别如图6-图9所示 。图7稳态速度曲线(3=800r/min 图8相电流波形(3=800r/min 图9电磁转矩波形(3=800r/min 5结论仿真波形显示该系统具有很好的动静态性能,仿真结果与理论分析比较吻合,证明用以上方法建立的仿真模型

11、是正确的,对实际SRD 系统有很好的模拟精度。广大SRD 系统研究学者可在此基础上,方便地对SRD 系统的控制算法进行研究。参考文献1詹琼华.开关磁阻电动机M .武汉:华中理工大学出版社,19922葛宝明等.开关磁阻电机控制策略综述J .电气传动,2001,(29012004年第6期舰船电子工程a 6/4Switched Reluctance Motor Based on Matlab/Simulink Environment J .IEEE ,Trans.,Aerospace and ElectronicSystem ,2001,37(34杨静等.基于MA TLAB 的开关磁阻电动机建模与仿

12、真J .江苏理工大学学报,2000,(3(上接第54页DSS3500辅助决策系统;CCTV3500闭路电视系统;FFDC3500灭火与损管系统;OB TS3500舰载训练系统;RD3500远程诊断系统。5结束语IPMS 可以提高舰艇平台的自动化程度,减少舰艇人员编制,降低对操作人员技术水平的要求,减轻舰员的劳动强度,降低舰艇寿命周期成本费用。目前,IPMS 发展方向是采用开放系统和分布式体系结构,采用标准化、模块化的多功能显控台以及CO TS 技术和产品;提高系统的智能化水平,采用专家系统对平台系统管理和控制进行辅助决策;最终发展结果是平台综合管理系统将与作战指挥/管理系统的整合为一体,形成全

13、舰综合信息管理系统。CAE 公司认为作战管理系统与IPMS 将来会完全融合在一起。美国海军的观点是:“到2015年,舰船上的平台控制系统和作战指挥系统之间将没有区别。基于无所不在的计算机指挥和控制系统,将提供人员-舰船系统-作战编队指挥-作战编队系统之间的联系。”参考文献1李绪禄,齐欢.国外舰艇平台管理系统综述J .舰船电子工程,2002,(12陈海鹏,解洪成.舰船综合平台管理系统总体设计研究初探J .舰船工程研究,2001,(33郑炜译,易基圣校.舰艇平台控制与自动化J .国外舰船工程,1999,(14李勇群译,郑生校.下一代舰艇平台集成监控系统J .国外舰船工程,2001,(75罗思均译,史域观校.英国海军平台管理系统的今天和明天J .国外舰船工程,2001,(5欢迎订阅舰船电子工程尊敬的订户及读者,舰船电子工程2005年仍为大16开,A4幅面,页码增至120页。每期订价15元,全年100元(含邮寄费。舰船电子工程固定栏目:C 3I 及指控技术、计算机与网络、雷达与电子对抗、通信技术、水声与水中探测技术、光电技术、模拟与仿真、人工智能、电磁兼容、