第4章 开关磁阻发电机的控制系统
SRG的发电能力降低，因此在控制时应该找到一个合适的值使其具有尽量大的发电能力。
这种方式比较简单，但是由于相电流不可控，它的变换率很大，对于开通角θon和关断角θoff的微小变化都具有十分敏感的反应，在调节上具有困难，因此一般不选用APC方式。
4.2.2 电流斩波控制（CCC）
电机在低速运行时，特别是在启动时，旋转电机的压降很小，它的相电流上升得很快，为了避免电流脉冲过大对功率开关器件以及电机造成损坏，需要我们对电流峰值进行限定，因此可以采用电流斩波控制来获取恒转矩的机械特性。
传统的CCC控制方式就是使相电流i与斩波限iref进行比较，当转子位置角θ>θon时，处于导通区间，如果i
L，iθonL(θ )θoffi(θ )θ开关信号图4-5 CCC控制方式
本次毕设采用的CCC 方式是通过设置斩波阈值，来限制相电流的上、下幅值。使得在一个控制周期内，检测相电流和给定电流的上下限幅值相比较，当检测到的相电流大于给定电流的上限幅值时，开关器件关断，从而相电流减小；当检测到的相电流小于给定电流的下限幅值时，开关器件开通，
燕山大学本科生毕业设计（论文）
从而相电流增大。如此反复，最终使得相电流在给定值的附近上下波动。
CCC方式与APC方式都很简便，但是与APC方式的不可控相比，CCC方式的可控性能好。与后面的 PWM 方式相比，又具有了较小的开关损耗，因此是比较常用的控制方式。由于电流的斩波频率不固定，它随着电流误差的变化而变化，不利于电磁噪声的消除，而且发电期间的相电流不可控。
4.2.3 脉宽调制控制（PWM）
PWM方式中，脉冲周期固定，通过调节PWM波的占空比开调节加在绕组两端的相电压的值。PWM的 控制方式就是将开通角θon和关断角θoff固定在一个优化值上，在θon～θoff的区间内用PWM信号来对开关器件的触发信号进行调制，以通过调节PWM信号的占空比来调节励磁电压的平均值，从而达到调控励磁电流的大小的目的。同时D越大，则励磁电流越大，SRG 的有效输出电源也就越大。
L，iθonL(θ )θoffi(θ )θ开关信号图4-6 PWM控制方式
PWM方式的一个最为突出的优点就是它的可控性能好。励磁电流和占空比之间具有很好的线性关系，而且PWM信号的周期即为系统的调控周期，从而能够获得良好的动态性能。但是需要比较高的开关频率，而开关器
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件的频繁通断增加了器件的开关损耗，所以系统效率略有降低【1】。
综上所述，常常采用电流斩波控制方式对开关磁阻电机进行控制。
第4章 开关磁阻发电机的控制系统
4.3 开关磁阻发电机的稳压控制系统 开关磁阻发电机的发电控制系统由开关磁阻发电机、不对称功率变换器、PI调节器、位置检测器等组成。其控制框图如图4-7所示。
UrefPI-Uo θoni（a，b，c）iref电流滞环S（a，b，c）变换器SRGθoff θ（a，b，c）图4-7 系统控制框图
为了实现变速恒压发电，采用的控制策略为电压外闭环和电流内闭环的电流斩波控制模式，首先给定参考电压指令Uref，将其与实际测量到的电压Uout进行比较，比较之后输出它们的差值，作为电压误差指令，输入PI调节器，经过Pi调节器，经过它的调节作用后输出电流内环的电流指令iref。同时位置检测器检测转子的每相的实时位置信号θk。并将转子的实时位置信号θk输入给角度判断逻辑控制模块，与开关磁阻发电机的开通角θon和关断角θoff进行比较判断，计算出每相所处的阶段，当θk≥θon时，进入励磁阶段，励磁电源开始对绕组励磁，进而进入电流内环。在内环的电流环，参考电流iref与功率变换器的各相的实测电流ik进行比较，比较后的结果经过电流滞环，输出的信号为各相主开关管的触发信号，即输出开关表。来实现给开关磁阻发电机的励磁以及在各相的电感下降的区域建立能量磁场以实现发电功能，变速输入模块则是用来给开关磁阻发电机提供变速的原动力的。通过输出的各相主开关的触发信号来触发功率管，实现开关磁阻发电机的励磁和发电的交替进行，源源不断的将机械能转化为电能。以下分别介绍各个模块
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4.3.1 稳压装置
开关磁阻发电机控制系统的稳压装置采用PI调节器，但是由于开关磁阻发电机本身具有的非线性的存在，使得PI调节器的参数kp和ki的值很难通过计算的方法得到。而且kp的值越大，则系统的响应速度越快，但是超调量会受到影响进而变大；ki的越大，则静差越小，它的过渡时间则越长。通过反复的试凑，可以得到较为合适的kp值和ki值。给定电压Uref和开关磁阻发电机的输出电压Uo相比较得到误差量△U，再经过PI调节器然后进行限幅可以得到开关磁阻发电机的电流内环的额定电流iref【15】。
4.3.2 滞环控制器
采用不对称桥式功率变换器的开关磁阻发电机的稳压控制系统中，当采用传统的电流斩波控制方法的时候，处于发电阶段的相电流为不加控制的反压续流状态。如果在发电阶段也采用电流斩波控制方式，则可以一直把相电流限制在斩波的上下限以内，从而避免了相电流的减小。它的第k相的绕组的发电阶段和励磁阶段的控制过程如图4-8所示【9】。
stk1stk0-Δ Δ -Δ Δ -1-1图4-8 励磁阶段和发电阶段的电流滞环
在图4-8（a）和4-8（b）中，STk(m)表示的是开关管Tk当前的开关状态，STk(m-1)表示的是开关管Tk维持上一次的开关状态不变。STk(m)=1表示的是开关管 Tk1和开关管Tk2均导通的状态；STk(m)=0表示的是开关管Tk1关断而开关管 Tk2导通的状态；STk(m)=-1表示的是开关管Tk1和开关管Tk2均
第4章 开关磁阻发电机的控制系统
关断的状态；STk(m)=STk(m-1)表示的是开关管Tk1和开关管Tk2均保持上一次的开关状态不变的状态。励磁阶段和发电阶段的数学模型分别如式(4-4)、式(4-5)所示【9】。
STk??（m）??S????(m)??S??0Tk?i??i
（4-4）
(m?1)??i??i??i1?1?i???i?i??i?i???i（4-5）
STkTk(m?1)??i??i??i0
其中：ε为脉动系数。这种方法会造成开关损耗的增加，进而降低了系统的转换效率，尤其是在开关磁阻发电机的低速区域将会很明显。
4.3.3 电压指令发生器
由于在原动机的转矩不变的情况下，受材料、几何尺寸以及散热等条件的影响，磁链的大小几乎与转速无关，因此，为了保证发电阶段的相同转子位置下的相电流和额定转速运行下状况下的相同转子位置下的相电流的大小相等，如果忽略了绕组电阻Rk，则磁链ψk表达式如下为：
?Uc*?k??kmax???offd?
（4-6）
?其中：ψkmax为开关磁阻发电机的最大磁链； Uc*为开关磁阻发电机所需的发电电压稳定值。
开关磁阻发电机在额定转速运行下，UC*=Us。由式(4-7)可以看出
Uc*??Us?e?Const （4-7）
式中：ωe为开关磁阻发电机的额定旋转机械角速度。
若考虑电阻Rk，则可以对发电电压进行适当的补偿。在控制过程中发