基于反推控制的开关磁阻电动机速度可控位置跟踪的控制研究

Position tracking control is a more higher level control based on the speed control. And it is a very important aspect of the motor control. Because of the characteristics of design and control, switched reluctance motor(SRM) has strong nonlinearity. This makes it a difficult task to realize high performance position tracking control of the SRM. In the traditional position control, the motor speed and position has definite relationship which makes the independent control of motor speed more difficulty. In this project, the concept of speed-controllability is introduced in the position tracking control of the SRM firstly. The aim of the project is to solve four main problems. The first problem is how to introduce the speed control freedom into the position tracking of the SRM to guarantee the tracking speed has outside controllability. The second problem is which control method can be adopted to design the position tracking controller of SRM based on speed- controllability, and the method is convenient to the realization of the position tracking control with speed controllability. The third problem is how to effectively restrain the torque ripples of the SRM to enhance the performance of the position tracking. The fourth problem is which method can be adopted to reduce the effect from the load torque in the design of the controller. The research of the project gives a novel idea to solve the position control problem of the SRM. And this method has very important meaning to be applied to position control of other type of motors.

位置跟踪是速度控制基础上一个更高层次的控制，是电机控制的一个重要方面。由于开关磁阻电动机(SRM)设计和控制的特点，SRM具有很强的非线性，这使得SRM很难应用于高性能的位置控制。在传统的位置控制中，由于电机的转速和位置具有明确的关系，实现电机独立的速度控制非常困难。项目首次将速度可控性的理念引入SRM的位置跟踪控制，主要解决四个方面的问题：第一、如何将速度控制自由度引入SRM位置跟踪控制，保证SRM跟踪速度具有外部可控性；第二、在速度可控的前提下采用什么控制方法设计SRM位置跟踪控制器，便利于速度可控位置跟踪的设计实现；第三、针对SRM的位置跟踪，如何有效抑制SRM的转矩脉动以提高位置跟踪的性能；第四、在控制器的设计过程中采用什么手段降低负载转矩对于位置跟踪性能的影响。项目的研究为解决SRM位置控制问题提供了一个很好的思路，同时该方法在其他类型电机位置控制方面的应用也具有非常重要的意义。

１、项目的背景.开关磁阻电动机(SRM)作为一种重要的驱动电机，与异步电动机相比结构更简单，效率更高，控制的灵活性更大；与永磁同步电动机相比成本更低，散热性和容错性能也更好。由于SRM设计的双凸极结构、控制时的开关特性和运行时的高饱和特性，这使得SRM具有很强的非线性，特别SRM运行时具有较高的转矩脉动和噪音，这也使得SRM在位置控制方面控制具有更大的难度。项目针对SRM位置跟踪控制问题进行展开，将反推控制控制方法应用于SRM速度可控控制器设计，研究结果表明所设计的控制方法是正确的和有效的。.2、项目的研究的主要内容.(1) 通过实验方法，获得了某国产370W、四相8/6极SRM的磁链和转矩数据，通过最小二乘法和神经网络方法分别建立了SRM的磁链和转矩模型。.(2) 通过干扰观测器实现了SRM负载转矩的实时估计。.(3) 采用自适应反推控制方法设计了SRM速度指定位置跟踪控制器，并将该方法推广到了永磁同步电动机。.(4) 提出了电流分配方法，通过电流的分配可以有效降低SRM的转矩脉动，并采用滑模学习神经网络实现了SRM的位置跟踪控制。.(5) 设计了36V、370W、三相12/8极SRM和实验平台，并在实验台上进行了实验验证。.3、项目研究所获得的重要研究结果.(1) 设计了两台SRM和三套SRM驱动系统，建立一套SRM实验平台。.(2) 研究获得了一套SRM磁链和转矩测量以及模型辨识的方法。.(3) 提出了SRM电流分配方法，并通过了测试和实验。.(4) 实现了基于反推控制的开关磁阻电动机的速度指定位置跟踪控制。.4、项目获得的关键数据.(1) 通过实验测试，获得了某国产SRM的磁链和转矩数据，并建立有效的SRM数学模型。.(2) 获得了36V、370W、三相12/8极SRM的设计数据，并成功设计了样机。.(3) 获得了某型号SRM控制电路、驱动电路和控制器的设计数据。.(4) 获得了SRM电流控制、速度控制器和位置控制器的有效设计方法。.5、项目研究的科学意义.项目研究是SRM在速度指定位置跟踪控制方面的一次重要尝试，项目的研究结果表明所提出的设计方法是正确的和有效的。研究成果将促进相关研究者在SRM位置跟踪控制方面的研究，同时也将吸引更多的研究者进行SRM应用方面的研究。特别电流分配方法的提出为SRM在转矩脉动的抑制方面提供了一个很好的研究思路。