基于逆系统方法的开关磁阻电机非线性控制策略研究

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1、摘要本论文对开关磁阻电机的～种相对精确的非线性建模方法进行了分析，指出该模型参数的一种选择方法和该模型的局限性；指出另一种含指数项的磁链建模方法的局限性。文中指出了选择开关磁阻电机拟合数学模型时需要考察的条件，为粗选适合样机的拟合模型提供了一定程度上的参考。在开关磁阻电机先进控制策略研究的第一步——样机的非线性建模完成的基础上，对其非线性控制策略进行了探讨。将一种非线性控制策略——逆系统方法应用于其的转速控制，使得多变量、非线性的开关磁阻电机线性化为具有2阶积分特性的单输入单输出伪线性系统，而后将伪线性系统结合成熟的线性控制方法设计出抗扰动性较好的开关磁阻电机调速系统，取得了较常规PI控制更

2、好的控制效果，控制效果由仿真给出，并针对本文提出的控制策略进行了实验方案设计。关键词：开关磁阻电机非线性控制策略逆系统反馈线性化线性内模控制IIAbstractInthispaper,afluxmodelincludingexponentialtermandaninductormodelwhichhassatisfiedaccuracyhavebeenanalysed，andsomelimitationofthemhasdiscussed．Someconditionsofroughchoosingfittinganalyticalmodelhavealsobeendiscussed．Thei

3、nductormodelisusedtomodeltheSRMwhichthispaperused，andbyusingit，ananalyticalmodelandaSimulinkmodelofSRMareestablished．BasedontheestablishedmodelofSRM，akindofnonlinearcontrolstrategyisdiscussed．Theinversesystemtheoryandlinearcontroltheoryareusedinthiscontrolstrategy．Firstly,theinversesystemmethodisus

4、edtolinearizethemultipleinputandnonlinearSRMmodel．Secondly,astateobserverisusedtogetthestateofPseudo—linearsystemandtheinternalmodelcontrolmethodisusedtoguaranteetherobustofSRD．Accordingtosimulation，thepresentedcontrolresultsarebetterthannomalPImethod．Anexperimentationbasedonthecontrolstrategyispre

5、sentedintheend．Keywords：SRM，SRD，NonlinearControlStrategy,InverseSystem，FeedbackLinearation，InternalModelControl¨I前言开关磁阻电机(SRM)㈣20世纪80年代中期发展起来的一种新型交流调速系统。它融崭新的电机结构、电子技术的新成果和控制技术为一体，以其结构简单、运行可靠、高性能等优良特性，成为现代交流调速系统中的一支强有力的新军，非常适合运动控制系统，应用前景十分广阔。其兼有异步电动机变频调速系统和直流电动机调速系统的优点，已成为当代电气传动的热门课题之一。作为一种高性能的调速系统

6、，开关磁阻电动机调速系统可以方便地实现四象限运行，即正转、反转、电动和制动；作为开关磁阻电动机调速系统主体的开关磁阻电动机系统效率高，且能在其宽广的调速范围内，整体效率大于变频调速电动机系统3％以上，比其它调速系统则高出更多，尤其在低转速下高效率的优势更加明显：开关磁阻电动机具有良好的起动性能和低速性能；开关磁阻电动机结构简单、峰固，且容易制造成密封结构和防水、防尘、防爆等结构形式，适用于环境恶劣的场合，且不需频繁维护。因此，在各种电力拖动应用场合中采用开关磁阻电动机调速系统具有明显的优势。目前，开关磁阻电机调速系统的产品已应用在牵引运输、通用工业、航空工业、家用电器等各个领域，显示出了强大

7、的市场竞争力。尽管丌关磁阻电动机调速系统性能优越，但也有其缺点。由于丌关磁阻电机的双凸极结构加上运行时磁路的高度非线性，其精确建模困难，这样直接导致开关磁阻电机高性能控制策略研究的困难；由于丌关磁阻电机本身存在严重非线性，且是多变量、变结构、变参数的被控对象，即使能够建立丌关磁阻电机的精确非线性模型，其非线性控制策略的研究也存在相当大的困难；由于丌关磁阻电动机由脉冲供电，电机气隙小，有显著变化的径向磁吸力，且