新型转子无齿槽开关磁阻电机伺服系统的研究

开关磁阻电机由于结构简单坚固、性能优良而备受重视，但转矩脉动大的缺点限制了其在伺服系统中的应用。本项目将ALA转子引入开关磁阻电机，并对定子结构进行改进，提出了一种转矩脉动小、运行效率高的转子无齿槽新型SR电机结构，通过有限元分析和数字仿真，揭示结构参数与其转矩脉动和效率等性能之间的相关性，建立这种新型电机完整的设计方法。其次，建立新型SR电机的控制模型，采用智能化方法改善直接瞬时转矩控制中的磁链、转矩估算器和转矩控制器，建立与之相适应的控制策略。然后研制新型SR电机的自加载瞬态性能测试系统，准确测量其瞬态性能，并进行频谱分析，以验证并改进电机的设计和控制策略，降低系统噪声。最后，将新型SR电机及其控制系统作为一个有机整体进行全局优化，建立鲁棒性好、转矩脉动小、效率高的高性能开关磁阻电机伺服系统。本项目研究有望解决制约SR电机伺服系统发展的瓶颈问题，具有重要的理论和实际意义。

SR电机具有结构简单、运行可靠、起动电流小、起动转矩大、调速范围宽、运行效率高和容错能力强等一系列优点，而备受青睐，但转矩脉动大的缺点限制了其在伺服系统中的应用。本项目首先提出了提出了一种转矩脉动小、运行效率高的转子无齿槽结构新型SR电机结构——采用组合式定子磁极结构和轴向叠片转子。然后通过有限元分析和仿真，揭示了其结构参数与转矩脉动和效率等性能之间的相关性，建立了这种新型SR电机完整的设计方法,并试制了典型规格样机。第三，构造了新型SR电机的控制模型，发明了与之相适应的转子角度和位置检测方法以及定子绕组电压检测方法，采用改进的直接瞬时转矩控制策略，建立了SR电机的控制平台。其次，研制了新型SR电机的瞬态性能测试系统，准确测试电机的特性，通过对测试结果的分析改进电机设计和控制系统性能。最后，将新型SR电机及其控制系统作为一个有机整体，建立了鲁棒性好、转矩脉动小、效率高的开关磁阻伺服系统。.本项目研究基本完成了预订目标，取得了以下成果：.第一，申请中国发明专利3项，其中，“开关磁阻电机的角度位置检测器与检测方法”于2012年11月获得授权，其余两项“开关磁阻电机绕组电压的检测电路与检测方法”和“一种新型转子无齿槽开关磁阻电机”于2012年6月公布。.第二，关于SR电机的直接瞬时转矩控制、瞬态特性测试和伺服系统应用等问题，已发表学术论文8篇，其中1篇发表在国际会议的论文被EI收录，1篇论文被EI刊源期刊录用。同时，关于新型SR电机的设计方法、新型SR电机控制策略的进一步改进和高性能SR伺服系统设计等方面的几篇论文已初步完成，并在在修改中。.第三，在人才培养方面，共培养博士研究生1名，硕士研究生8名，其中，有4名硕士研究生已毕业。.本项目的不足之处是，虽然所设计的新型SR伺服系统性能较传统SR电机驱动系统有所改进，但仍难以用于精密伺服系统。因此，将新型SR电机及其控制系统当作一个整体进行全局优化设计，仍待进一步深入研究。.