开关磁阻发电机（ SRG）系统是一种在可靠性、容错性和高速性等方面具有综合优势且有很大发展潜力的新型电源系统。但该系统为一非线性系统，用简单的线性模型或准线性模型去描述其动态和静态特性会存在较大误差。要准确地描述SRG的动态和静态特性，必须在非线性数学模型的基础上对SRG系统进行一体化仿真。磁化曲线簇是分析开关磁阻电机各种性能的基础。采用线性磁化曲线簇模型对开关磁阻电机进行了仿真，但得到的仅是开关磁阻电机的近似解。利用MATLAB/ SIMULINK中的某些模块和M文件建立了开关磁阻电机的非线性磁化曲线簇模型，但该模型仿真速度较慢。本文在分析SRG数学模型的基础上，用MATLAB/ SIMULINK软件建立了SRG系统的非线性仿真模型。该模型不但仿真速度较快，而且修改容易、直观性强。

　　1开关磁阻发电机系统的数学模型SRG可采用他励和自励2种工作模式。本文以自励模式为例来建立SRG的数学模型。自励模式的主电路采用不对称半桥形式。为简化起见，假设：（a）主开关管和续流二极管开通，无过渡过程关断，管子压降为零； （b）电机各相对称，相间互感忽略不计； （c）发电过程中电机转速保持恒定。

　　当主开关管导通时，电源经过主开关对绕组供电，电机吸收能量，这时SRG第k相绕组电压平衡方程式为U s = R k i k + d k dt（1）当主开关管关断时，电流循续流二极管向电容回馈，即进入发电状态，此时的电压平衡方程式为- U s = R k i k + d k dt（2）式中：U s电机直流供电电压； R k， i k第k相绕组电阻和绕组电流；k第k相绕组磁链。

　　根据电磁场基本理论，电机转子的电磁转矩伴随磁场的存在而存在，并且可以表达为T em = - W mag = C（3）式中： W mag磁能；转子位置角度； T em电磁转矩； C常数。因此，在每个周期工作过程中，始终存在电能、磁能和机械能之间的转换。

　　2基于MATLAB的开关磁阻发电机仿真模型本文以三相12/ 8结构SRG为例建立仿真模型，其中主电路采用不对称半桥结构。该仿真系统采用双闭环控制方案，即电流环由电流滞环调节器构成，电压环由PI调节器构成。其中封装模块（1）（4）分别为SRG的功率变换器模块、SRG三相绕组模块、角度驱动转换模块和电流滞环控制模块。

　　2. 1功率变换器模块功率变换器采用不对称半桥结构，所建立的仿真模块如所示。由于电机三相完全对称，故以其中的一个桥臂（A相桥臂）为例来说明模块的构成。La+和La-分别接A组绕组的两端， PulseA是主开关管S1和S4的逻辑控制信号， VD1和VD4为续流二极管。该模块的功能就是搭建出不对称半桥结构的功率变换器，根据控制信号来控制主开关管的通断，从而使电机处于励磁状态或发电状态。

　　2. 2开关磁阻发电机绕组模块发电机绕组模型是整个模型的核心部分。本文利用方程（1），（2）并结合SRG有限元仿真结果来建立该模型。

　　由电路方程（1），（2）可以导出d k dt = U s - i k R k（4）由于电机三相绕组对称，仍然以A相为例来说明。等效于SRG的A相绕组非线性MATLAB数学模型。其中绕组两端La+ ， La-分别接上下两个开关管， theta接电机的位置信号。建立该绕组模型的关键是解算U s - i a R a和瞬时电流值。其中i a为A相绕组电流， R a为A相绕组电阻。由受控源模块（signal）特性可知，通过电压表可测出受控源两端的电压值（即U s - i a R a）。根据已知电机参数就可利用有限元场仿真计算出固定角度和固定电流所对应的磁链值，并可在MATLAB中形成一个关于角度、电流的磁链二维数组。对该数组用三次样条插值就可得到固定角度和固定磁链所对应的电流值。

　　（ i，）反演的电流特性函数i a（，）的三维图形。运用二维查表（Look up Table （ Z D） ）模块建立二维数组。二维数组以电机位置信号theta作为行输入向量，以磁链作为列输入向量，以电流作为输出向量。由于该绕组模型是根据方程（4）建立起来的，因而建模过程中不需要求磁链对电流和角度的偏导，从而简化了建模过程。这也是采用MATLAB建模的优点之一。

　　2. 3转子位置角度转换模块转子位置角度转换模块用来产生各相的转子当前位置。如所示，以12/ 8结构开关磁阻电机为例，相电感周期为45，A， B， C三相各相相差15导通，所以在模型中采用了45求余函数模块，即图中rem（u，45）模块。而模块（5）采用的是一维查表，该模块的功能是使用模块参数中定义的线性数值将输入映射到输出，从而确定仿真过程中的导通角和关断角。

　　2. 4电流滞环控制模块模块（4）是电流滞环控制环节，它通过滞环实现相电流的两态斩波控制。当某相主开关管导通时，相电流从零开始上升；当相电流超过参考电流且偏差大于滞环比较器的环宽时，主开关管关断；当相电流低于参考电流且偏差大于滞环比较器的环宽时，主开关管重新导通。的3个输出信号与模块（ 5）的3个输出信号分别作为3个与门的输入，与门的输出作为三相驱动信号，即2个输出信号同时为高电平时主开关管导通。

　　可以看出，系统中除有以上主要的几个模块之外，还有一个电压控制模块。为了与实验进行类比，PI控制模块选择了离散的PI控制模块，并以折算后的参考电压与实际电压的差值作为输入量，输出量为三相电流的参考幅值。

　　3仿真与实验结果用上述非线性模型对SRG系统进行仿真。仿真所采用的定子齿极数为12，转子齿极数为8，定子相绕组电阻为0 27 ，励磁电压为200V，开通角为12，关断角为35!，负载电阻为114，电机转速为2965r/ min.

　　实验平台是以DSPTMS320LF2407A芯片为控制核心搭建起来的，实验所采用的基本参数与仿真所采用的基本参数一致。由于仿真所得到的磁化曲线簇参数与实际电机参数之间有一定的偏差，并且插值也会产生误差，因此仿真与实验结果之间会有所差别。为实验样机的仿真和实验电流波形，电流传感器的比例系数为10？1，电流波形及电流的幅值基本相同。从电容电压建立的波形可以看出，经过0 2 s左右的时间后，发电电压稳定在270 V上，电压纹波也比较小，电机具有良好的发电动态特性。从仿真和实验结果的对比中可以看出，采用本文非线性仿真模型，仿真结果能真实反映SRG系统实际工作状况。

　　4结语本文在分析SRG数学模型的基础上，用MATLAB/ SIMULINK软件建立了SRG系统的非线性仿真模型。该模型中的电机绕组模块、功率变换器模块、转子位置角度转换模块和电压控制模块都是通过SIMULINK中的某些模块搭建起来的，修改容易且直观性强。在有限元场计算的基础上，通过对磁化曲线簇数据的预处理，反演出电流关于磁链和角度的函数，再利用二维查表模块实时地计算瞬时电流值，就可避免求磁链对电流和角度的偏导数的过程，从而可简化系统模型，缩短仿真时间。本文模型为SRG结构设计、控制参数优化等提供了一种有效手段。另外，本文模型稍加改变也可作为开关磁阻电动机驱动系统的仿真模型。