开关磁阻电机损耗建模及效率最优控制算法研究

As a brushless DC motor which requires no rare earth permagnet, Switched Reluctance Motor(SRM) is paid a lot of attention in research and application by foreign organization with its characteristics of speed wide, high efficiency, high reliability and so on. Aims at big error problem of conventioanl SRM loss model, the error source is analyzed. Based on that, the measurement method of iron loss modelling and algorithm of efficiency optimization is researched. First of all, the influencing factor of loss is analyzed, then the virtual resistance as a nonlinear function of current is designed, which is equivalent to iron loss in measurement. After that, the SRM loss model realated to control parameters and the magnetic characterisitics model based on MIMO support vector machine with optimal kernel function are researched, then whole SRM model is builded. The model of small inductance region where the phase inductance close to the nonaligned postion of stator salient pole is researched and builded. Based on that, the method and formula of optimal turn-on and turn-off angles is produced, which provides the efficiency optimization control paremeters of turn-on and turn off angles. In the end, the system energy distribution and optimized control strategy is made a further research and the corresponding testing environment is designed, then the researech results are veried in wide speed and load conditions.

作为一种无需稀土永磁材料的无刷直流电机，开关磁阻电机由于具备调速范围大、效率平台宽、可靠性高等优点，国外正在大力开展对其的研究和应用。其中的难点是对电机的建模和控制。针对传统损耗模型误差较大的问题，本课题拟在分析其误差产生来源的基础上，研究基于测量技术的损耗建模及效率最优控制算法。首先分析损耗的影响因素，设计与相电流成非线性关系的虚拟电阻，以此等效表示磁特性获取中铁损，并结合数据剥离方法，研究与控制参数相关的损耗模型和基于优化核函数的多输入多输出支持向量机的磁特性模型建模技术，继而综合二者形成SRM整体模型。在此模型基础上，对相电感在定转子凸极非对齐位置附近的小电感区进行研究，建立其非线性模型，并以此形成更精确的最优开通角和关断角计算方法和公式，从而得到效率最优开关角控制参数。最后进一步研究不同控制方式下系统能耗及最优控制策略。并设计相应的测试环境，在宽负载和宽转速范围下验证研究成果。

课题针对开关磁阻电机铁损传统模型存在较大误差的问题展开了一系列研究。首先以微型电动汽车为应用设计了一种开关磁阻电机及其轴自锁定测量平台；继而采用直流脉冲法施加相电压激励以获取不同角度位置下的相电流反馈，并分析了频率、电压等对其影响；设计了基于非线性虚拟铁损电阻的等效电路来进行磁特性数据和铁损数据之间的数据剥离；接下来采用了包括新型三角函数解析法、优化核函数的智能方法等多种手段进行磁链建模和铁损建模；并且通过数学方法初步检验了各种方法与原始数据之间的误差，再与执行开销等综合起来进行了横向比较；然后对定转子凸极非对齐位置附近的小电感区进行电感解析建模，推导出了更为精确的最优开通角公式，又进一步推出了关断角计算公式，从而得到效率最优开关角控制参数，并在不同工作模式下进行了有效性验证；过程中还发现了开关角对电机工作点所产生的影响。最后建立了仿真系统和实际测试系统，验证了所建立的各种模型的精确性，且在动态负载变化系统中进行了进一步验证，得到了较为理想的速度响应和效率优化结果。.在完成上述工作后，又深入优化实际样机设计，推动项目进入到批量装车应用阶段；还设计了其它不同电压和转速规格的开关磁阻电机驱动系统进入应用阶段，进一步推广技术成果。