摘要：随着城市交通电气化和稀土永磁驱动系统的发展，凸极开关磁阻电机驱动受到了前所未有的重视。然而，开关磁阻电机调速系统(SRD)的非正弦驱动和复杂的驱动拓扑结构给开关磁阻电机的商业化带来了很大的障碍。尽管如此，开关磁阻电机具有结构简单、可靠性高、调速范围宽、起动转矩大等优点。正因为这些固有优势，其发展迅速，在航空航天、纺织机械、石油开采、电动汽车等众多领域有着举足轻重的应用。

本论文在对传统开关磁阻电机进行全面研究的基础上，对轮毂电机独驱式纯电动汽车用五相8kW开关磁阻电机驱动系统进行了分析、设计和制造。介绍了开关磁阻电机的工作原理和控制策略，从理论上分析了电机工作时电路电流的形成和内部电磁场。分析了20/16五相8kW开关磁阻电机的结构特点并建立其数学模型。提出了SRM样机的关键设计参数，并对样机的静态特性进行了测试。基于Matlab/Simulink搭建了开关磁阻电机的磁场-电路联合仿真模型，并采用速度和电流双闭环控制。在传统不对称半桥电路结构功率变换器的基础上，研究了五桥臂结构功率变换器的驱动相序以及换相方式。

设计并搭建了SRM的硬件电控电路，包括功率驱动电路、采样电路、电源变换器和控制电路等。在分析其原理结构的基础之上，采取五相IGBT桥臂电路的方案。编译开关磁阻电机控制器的软件。基于TMS320F28335微控制器，设计了具有双闭环控制和比例积分环节的滞环控制器块完成驱动实验。通过硬件实验平台验证了SRM驱动系统的有效性。通过系统调试，实现了外转子电机的驱动控制。通过对SRM驱动系统性能的分析，为SRM在电动汽车中的实际应用奠定了基础。

关键词：开关磁阻电机；轮毂电机；TMS320F28335；滞环控制器

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论-1

1.1 研究背景-1

1.1.1 电动汽车(Electric Vehicle)-1

1.1.2 开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor)-2

1.2 国内外研究概况-3

1.2.1 轮毂电机研究概况-3

1.2.2 开关磁阻电机控制系统的主要发展方向-5

1.3 本文研究的内容-6

第二章 开关磁阻电机的原理及数学模型-7

2.1 开关磁阻电机的基本结构-7

2.2 开关磁阻电机的运行原理-8

2.3 开关磁阻电机的基本方程-9

2.3.1 电路方程-10

2.3.2 磁链方程-10

2.3.3 机械运动方程-11

2.3.4 转矩公式-11

2.4 开关磁阻电机的数学模型-11

2.4.1基于特殊的位置磁化曲线磁链的分区解析与拟合-13

第三章 开关磁阻电机调速系统-16

3.1 开关磁阻电机调速系统组成-16

3.2 开关磁阻特点及应用-18

3.3 开关磁阻电机的控制策略-18

3.4 系统控制方式及控制策略的确定-20

第四章 开关磁阻电机双闭环调速系统仿真研究-22

4.1 仿真软件MATLAB/SIMULINK简介-22

4.2 仿真模型-22

4.2.1 开关磁阻电机双闭环系统仿真-22

4.2.2 位置检测器-26

4.2.3 电流斩波控制模块-26

4.2.4 功率变换器-27

4.2.5 PI控制器-28

4.3 仿真结果及分析-28

4.3.1 初步运行状态-28

4.3.2 改变参数后运行结果-31

4.4 五相IGBT桥臂结构及驱动相序和换流方式的探索研究-32

4.4.1 主回路模块-34

4.4.2 控制策略模块-34

4.4.3 仿真结果分析-35

第五章  电控平台设计及测试-36

5.1 SRM电控设计及测试的内容-36

5.2 SRM驱动系统硬件电路设计-36

5.2.1 控制结构图-36

5.2.2 核心元器件的选择-36

5.2.3 硬件设计-48

5.2.4 硬件测试-51

5.2.5 硬件平台-52

5.3 控制系统软件设计-53

5.3.1 控制方案-53

5.3.2 软件程序设计-54

5.4 实验结果分析-56

第六章  总结与展望-57

致谢-59

参考文献-60