【《开关磁阻电机的PI电流控制分析》2200字】

开关磁阻电机的PI电流控制分析目录TOC\o"1-3"\h\u15181开关磁阻电机的PI电流控制分析 187951.1PI控制原理 157301.2基于电压软斩波的PI电流控制 2317881.3仿真及结果 3在控制领域中PID控制得到了广泛的应用。在电机控制中由于控制频率较快所以引入微分控制不但没有明显的效果，还会将噪声放大。所以在电机控制领域，广泛应用PI控制。1.1PI控制原理PI控制系统原理如图1.1所示，当更注重系统的可靠性时，PI控制具有较高的性价比。PI控制器把参考值与实际输出值的偏差，当作控制器的输入，偏差公式如下所示：(1.1)图1.1PI控制原理图Fig.1.1PIcontrolprinciplediagramPI控制器的控制律为：(1.2)式中为比例系数，为积分时间常数。PI控制器的校正环节作用如下：（1）比例环节比例环节把系统误差，按照比例系数传送到控制系统。比例（P）控制决定系统的响应速度和稳态性能。当值过大时响应速度变快，但是也会导致系统的超调量变大，影响稳态性能；反之，当值过小时响应速度变慢，但是系统的超调量会变小。所以在控制系统中应选择合适的比例系数，不应过大也不应太小。纯比例控制并不能消除系统的静态误差。（2）积分环节积分环节可以消除系统的静态误差。其中越大积分作用越弱；反之，越小积分作用越强。比例和积分环节可以一起组成PI控制器。1.2基于电压软斩波的PI电流控制本文所用的电机为三相极开关磁阻电机，额定功率为，额定转矩为。选择用三相不对称半桥型拓扑，作为功率变换器的主电路。该主电路有3种工作状态，正电压励磁状态、零电压续流状态、负电压退磁状态。其工作状态如图1.2所示。图1.2功率变换器三种工作状态Fig.1.2Threeworkingstatesofpowerconverte根据功率变换器续流方式的不同，电压斩波控制可以分为电压硬斩波和电压软斩波。电压硬斩波当是某一相的转子位置角，在导通相内且PWM占空比是低电平时，采用负电压退磁方式。电压软斩波与之不同地方在于，当某一相的转子位置角，在导通相内且PWM占空比是低电平时，采用零电压退磁方式。当某一相的转子位置角在导通相内且PWM占空比是高电平时，这两种斩波控制方法都采用正电压励磁方式；反之，当某一相的转子位置角不在导通相内时，这两种斩波控制方法都采用负电压退磁方式。相比于电压硬斩波，电压软斩波控制具有以下优点：斩波次数少、输出转矩大、转矩脉动小，因此电流控制采用电压软斩波控制方式。的电流控制系统框图如图1.3所示,从转速环得到的参考电流与反馈电流做差，电流差值经过电流控制器,产生用于控制功率变换器的占空比信号。图1.3开关磁阻电机PI电流控制系统框图Fig.1.3BlockDiagramofthePICurrentControlSystemofSwitchedReluctanceMotor1.3仿真及结果对SRM的动态工作过程进行仿真，目前研究人员广泛采仿真软件对电机建立非线性仿真模型。的电流控制仿真模型如图1.4所示。图1.4开关磁阻电机的PI电流控制仿真模型Fig.1.4PICurrentControlSimulationModelofSwitchedReluctanceMotor如图1.5所示，为的某一相电磁关系模型。其中二维查表法中的数据来自于对样机的有限元分析。通过查找表和表，得到相电流和相转矩。图1.5开关磁阻电机的电磁关系模型Fig.1.5Electromagneticrelationmodelofswitchedreluctancemotor控制系统的转速计算仿真模型如图1.6所示。根据机械运动方程推导，获得的转速。图1.6转速计算模型Fig.1.6Speedcalculationmodel控制系统的转子位置计算仿真模型，如图1.7所示。对转速积分后，再与电周期的角度求余来获得转子位置角。图1.7转子位置计算模型Fig.1.7Rotorpositioncalculationmodel如图1.8所示为的转速环控制器仿真模型。转速误差通过比例环节和积分环节后得到参考电流。图1.8转速环PI调节Fig.1.8SpeedringPIadjustment如图1.9所示为的电流控制模块。电流偏差，通过比例环节和积分环节后得到每一相的占空比。图1.9电流环PI调节Fig.1.9CurrentringPIadjustment由于开关磁阻电机只在开通、关断角之间导通。所以开关磁阻电机的导通逻辑如图1.10所示。其中on为开通角信号，off为关断角信号。图1.10控制逻辑模块Fig.1.10Controllogicmodule载波信号与电流环得到的占空比做差，得到信号与导通逻辑信号作与，进而控制功率变换器的上桥臂。因为是电压软斩波控制，所以下桥臂直接由导通信号控制。PWM模块如下图1.11所示。图1.11PWM模块Fig.1.11PWMmodule以一台额定功率为、额定为的三相极作为样机建立仿真模型。在仿真中，控制频率被设定为10kHz，加载的大小为。的电流波形和转矩波形，如图1.12所示，其中、、、、和、、、、分别为转速为、、、、时的电流波形和转矩波形。(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)(j)图1.12不同转速下电流波形图和转矩波形图Fig.1.12Currentwaveformandtorquewaveformatdifferentspeeds不同转速下仿真的电流峰值以及电流超调量如表1.1所示。表1.1不同转速下仿真的电流峰值以及电流超调量Tab.1.1Simulatedcurrentpeakvalueandcurrentovershootunderdifferentspeeds转速(r/min)电流峰值(A)电流超调量(％)30079.44.650086.9510.480096.714.61200106.115.31500122.0518.8不同转速下仿真的平均转矩以及转矩脉动如表1.2所示。表1.2不同转速下仿真的平均转矩以及转矩脉动Tab.1.2Simulatedaveragetorqueandtorquerippleatdifferentspeeds转速/(r/min)平均转矩/转矩脉动/％30017.3644.950017.9851.780018.8577.7120020.4690.4150021.64105.1从上述仿真图表可以看出，虽然PI电流控制具有原理简单、容易实现、适应性强等优点，但是存在一个较大的不足，那就是控制欠细腻，电流跟随能力较差，存在电流超调。在低电感区电流上升较快；反之，在高电感区电流上升较缓慢。所以从PI电流控制器出来的相同占空比，在不同电感位置处电流的上升快慢是不同的。所以从图1.14的电流波形图，可以观察到每一相的电流在一开始都是向上的电流超调，到最后都变成了向下的超调。同时向上的电流超调导致较大的电流峰值，在相同转子位置下转矩与电流大小成正相关的关系，所以电流峰值不仅增加了