基于MATLAB的开关磁阻发电机系统的非线性建模与仿真.pdf

开关磁阻发电机（SRG）系统是一种具有高可靠性、容错性和高速性的新型电源系统。这种系统具有复杂的非线性特性，因此传统的线性模型难以准确地描述其动态和静态特性。为了提高模型的准确性，需要在非线性数学模型的基础上进行一体化仿真。 MATLAB/SIMULINK软件在建模和仿真中扮演了重要角色。通过使用SIMULINK中的模块和M文件，能够方便地搭建出SRG系统的非线性仿真模型。这些仿真模型不仅包括电机绕组模块、功率变换器模块、转子位置角度转换模块，还包括电压控制模块。这些模块的搭建简单、直观性强，修改也很容易。仿真模型稍加调整，还可以应用于开关磁阻电动机驱动系统的仿真。 在SRG系统中，电机的数学模型是建模仿真的基础。电机可以采用自励模式或他励模式，而本文以自励模式为例，介绍了主电路采用的不对称半桥形式。数学模型的假设条件包括主开关管和续流二极管开通时无过渡过程关断、电机各相对称、互感忽略不计以及发电过程中电机转速保持恒定。基于这些假设，建立了电机在导通和关断状态下的电压平衡方程式。 电机的电磁转矩由磁能和转子位置角度决定，这在每个周期工作过程中都存在电能、磁能和机械能之间的转换。基于这些分析，可以进一步理解和构建SRG的非线性磁化曲线簇模型，这对于分析开关磁阻电机的各种性能至关重要。 文章还介绍了基于MATLAB的开关磁阻发电机仿真模型的构建过程。以三相12/8结构的SRG为例，主电路采用不对称半桥结构，并采用双闭环控制方案。电流环由电流滞环调节器构成，电压环则由PI调节器构成。仿真模型包括功率变换器模块、三相绕组模块、角度驱动转换模块和电流滞环控制模块等封装模块。 功率变换器模块是通过搭建不对称半桥结构的功率变换器来实现的。根据控制信号，该模块能控制主开关管的通断，使得电机能够处于励磁状态或发电状态。而绕组模块则是整个SRG模型的核心，直接关系到电机性能的模拟和仿真精度。 仿真实验结果表明，建立的仿真模型能够真实地反映SRG系统的工作状况。这说明了模型的有效性和仿真分析的价值。通过对比仿真与实际运行数据，验证了模型的准确度。这也为后续的SRG系统设计和优化提供了理论基础和技术支持。 本文通过非线性建模与仿真，对SRG系统进行了一体化研究，为理解其复杂动态特性和控制策略的设计提供了新的视角，对于电力电子与传动系统的教学、研究及工业应用具有指导意义。此外，所提出的建模方法和仿真技术在电力电子设备仿真中具有一定的普遍性，可以为其他类型的电力电子系统提供借鉴和参考。