開關(guān)磁阻電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法的優(yōu)化

李夢(mèng)茹，冬 雷,2，于坤洋，高孟祺,2

(1.北京理工大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，北京 100081；2.北京理工大學(xué) 唐山研究院，唐山 063000；3.中國(guó)人民解放軍93126部隊(duì)，北京 100086)

0 引 言

開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是從20世紀(jì)80年代迅速發(fā)展起來的一種新型調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由開關(guān)磁阻電機(jī)(以下簡(jiǎn)稱SRM)、功率變換器、控制器和檢測(cè)器4個(gè)部分組成。它的結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單堅(jiān)固，而且調(diào)速范圍和調(diào)速性能都具有比較優(yōu)秀的表現(xiàn)，系統(tǒng)的可靠性高，是各國(guó)研究和開發(fā)的熱點(diǎn)之一[1]。轉(zhuǎn)矩控制性能的好壞直接決定了電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能。相電流的非線性變化以及由脈沖轉(zhuǎn)矩疊加而成的合成轉(zhuǎn)矩不是恒定值，是SRM轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的根源，尤其在電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)更加明顯[2]。

文獻(xiàn)[3]首次介紹了在傳統(tǒng)SRM中應(yīng)用直接轉(zhuǎn)矩控制(以下簡(jiǎn)稱DTC)的方法，而其他學(xué)者則多是以此研究為基礎(chǔ)進(jìn)行深入的。文獻(xiàn)[4]采用2個(gè)PI調(diào)節(jié)器來代替常規(guī)DTC中的滯環(huán)控制器，使其具有更好的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和速度響應(yīng)性能。固定的磁鏈參考值不能同時(shí)適用于SRM的低速和高速運(yùn)行，使用較大的磁鏈參考值雖然可以增大轉(zhuǎn)矩出力，但是為達(dá)到給定磁鏈值會(huì)導(dǎo)致繞組中電流過大，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)變大并且降低電機(jī)運(yùn)行效率。為了解決固定不變的磁鏈參考值帶來的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問題，文獻(xiàn)[5]提出可以根據(jù)轉(zhuǎn)速控制參考磁鏈值，優(yōu)化后的參考磁鏈不再受電機(jī)運(yùn)行速度的限制，有效地降低了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。文獻(xiàn)[6]分析了磁鏈參考值對(duì)電機(jī)運(yùn)行性能的影響，結(jié)果表明，在運(yùn)行過程中恒定的磁鏈會(huì)使電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流比減小，進(jìn)而提出了一種優(yōu)化的轉(zhuǎn)矩電流比控制方法。文獻(xiàn)[7-9]進(jìn)一步提出，在DTC中可以不使用磁鏈閉環(huán)，并在實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了其效果更優(yōu)。

本文以減小轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和增大轉(zhuǎn)矩電流比為優(yōu)化目標(biāo)，分析傳統(tǒng)DTC方法轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大的原因，提出了相應(yīng)的優(yōu)化算法，即一種適用于四相SRM的不產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩的電壓矢量和開關(guān)表的優(yōu)化方法。

1 SRM DTC方法

1.1 傳統(tǒng)DTC

傳統(tǒng)的DTC方法是通過估算SRM當(dāng)前時(shí)刻的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，計(jì)算實(shí)際磁鏈與給定磁鏈的差值、實(shí)際轉(zhuǎn)矩與由轉(zhuǎn)速環(huán)計(jì)算得到的參考轉(zhuǎn)矩的差值，分別經(jīng)過磁鏈滯環(huán)比較器與轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器，判斷下一時(shí)刻磁鏈和轉(zhuǎn)矩應(yīng)該增大或者減小，將判斷得到的控制信號(hào)輸入內(nèi)置開關(guān)表，結(jié)合當(dāng)前合成磁鏈?zhǔn)噶康姆较蜻x擇合適的電壓矢量，在該電壓矢量的作用下將實(shí)際轉(zhuǎn)矩與參考轉(zhuǎn)矩的差值、實(shí)際磁鏈與給定磁鏈的差值限制在滯環(huán)比較器的滯環(huán)內(nèi)，維持磁鏈和轉(zhuǎn)矩的恒定，達(dá)到對(duì)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的控制目標(biāo)。若不計(jì)定子繞組的電阻，則一相電壓平衡方程可以近似：

(1)

式中：Ψ表示相磁鏈；U表示相電壓。

由式(1)可知，繞組磁鏈的變化是由對(duì)繞組施加的電壓矢量決定的[10]。若施加的電壓矢量與定子磁鏈的夾角|φ|<90°，那么定子磁鏈的幅值將增加；如果|φ|=90°，那么定子磁鏈的幅值將將保持不變；如果|φ|>90°，則定子磁鏈幅值將減小[11]。SRM繞組中的電流只有一個(gè)方向，定義為正向，那么轉(zhuǎn)矩值僅取決于磁鏈?zhǔn)噶侩S轉(zhuǎn)子位置角的變化。若施加的電壓矢量超前磁鏈?zhǔn)噶?，電磁轉(zhuǎn)矩增大；若施加的電壓矢量滯后磁鏈?zhǔn)噶浚姶呸D(zhuǎn)矩減小。

根據(jù)磁鏈值與轉(zhuǎn)矩值，結(jié)合扇區(qū)，選擇合適的電壓矢量。

采用經(jīng)典的四相不對(duì)稱半橋型功率變換器，該變換器由直流電壓供電，包括4路相互獨(dú)立的相電路，可以對(duì)每一相單獨(dú)控制。其中每相電路僅包括該相繞組、2個(gè)開關(guān)管和2個(gè)續(xù)流二極管，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。通過分別控制2個(gè)開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，可以組成3種不同的狀態(tài)[12]。不對(duì)稱半橋電路的電路模型如圖1所示。以A相繞組為例，當(dāng)Q1、Q2導(dǎo)通，繞組兩端電壓為母線電壓，定義此時(shí)電路狀態(tài)為“1”，電流回路如圖1(a)所示；當(dāng)Q1關(guān)斷、Q2導(dǎo)通，繞組中的電流經(jīng)過D2、Q2續(xù)流，定義此時(shí)電路狀態(tài)為“0”，電流回路如圖1(b)所示；當(dāng)Q1、Q2均關(guān)斷，定義此時(shí)電路狀態(tài)為“-1”，電流回路如圖1(c)所示，若此時(shí)繞組通過D1、D2續(xù)流，繞組承受負(fù)壓電流將迅速下降，相比之下，“0”狀態(tài)時(shí)回路中只有繞組電阻，因此電流會(huì)緩慢減小。

圖1 功率變換電路

將四相開關(guān)管狀態(tài)的組合視為1個(gè)電壓矢量，8個(gè)電壓矢量命名為U1,U2,…,U8，如圖2所示，再以8個(gè)電壓矢量為中心線將整個(gè)電空間角度劃分為8個(gè)扇區(qū)，分別定義為S1～S8。磁鏈ψ和轉(zhuǎn)矩T的增大或減小共4種組合，開關(guān)表如表1所示。

圖2 8/6極SRM傳統(tǒng)DTC電壓矢量

表1 SRM傳統(tǒng)DTC開關(guān)表

1.2 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)分析

當(dāng)定轉(zhuǎn)子在對(duì)齊位置處，相電感最大；當(dāng)定轉(zhuǎn)子在不對(duì)齊位置處，相電感最小。理想情況下，電感隨轉(zhuǎn)子位置角線性變化如圖3所示。在電感上升區(qū)間是該相的正轉(zhuǎn)矩區(qū)，電感下降區(qū)間是該相的負(fù)轉(zhuǎn)矩區(qū)。SRM每相的正轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間從該相不對(duì)齊位置(0°機(jī)械角度)開始，結(jié)束于對(duì)齊位置(30°機(jī)械角度)。

圖3 SRM電感隨轉(zhuǎn)子位置周期性變化分布圖

相電流的非線性變化以及由脈沖轉(zhuǎn)矩疊加而成的合成轉(zhuǎn)矩不是恒定值是SRM轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的根源。SRM之所以具有較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，是由于[12]一般采用轉(zhuǎn)矩-電流-角度曲線來描述SRM每相的轉(zhuǎn)矩特性。當(dāng)SRM處于換相階段時(shí)，下一個(gè)導(dǎo)通相不能產(chǎn)生足以補(bǔ)償因當(dāng)前相關(guān)斷而損失的電磁轉(zhuǎn)矩，因此產(chǎn)生SRM的轉(zhuǎn)矩降落。若要減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，換相位置的轉(zhuǎn)矩降落越小越好。

在換相過程中，雖然當(dāng)前相關(guān)斷，但由于繞組電流無法突變，電流的退磁需要一定的時(shí)間，退磁過程中的拖尾電流若進(jìn)入了負(fù)轉(zhuǎn)矩區(qū)也將產(chǎn)生一定的負(fù)轉(zhuǎn)矩。以扇區(qū)S1為例，若要使轉(zhuǎn)矩增大，根據(jù)表1，應(yīng)選擇U2(1,1,-1,-1)。S1扇區(qū)為換相時(shí)刻，此時(shí)A相處于定轉(zhuǎn)子對(duì)齊位置，即將進(jìn)入負(fù)轉(zhuǎn)矩區(qū)，所以A相為關(guān)斷相，C相為導(dǎo)通相。此時(shí)B相主要提供轉(zhuǎn)矩，C相應(yīng)適當(dāng)勵(lì)磁輔助提供轉(zhuǎn)矩，補(bǔ)償由于關(guān)斷相去磁導(dǎo)致的正轉(zhuǎn)矩缺失。若對(duì)A相主電路施加“1”狀態(tài)，則A相產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩；若對(duì)C相主電路施加“-1”狀態(tài)，則C相保持關(guān)斷，無法在換相時(shí)刻提供轉(zhuǎn)矩。如此一來，不僅總轉(zhuǎn)矩的增大過程緩慢，而且在換相時(shí)刻會(huì)引起較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。顯然，在S1扇區(qū)，U2并不是最優(yōu)轉(zhuǎn)矩增大電壓矢量。

2 電壓矢量重構(gòu)

SRM具有獨(dú)特的電機(jī)結(jié)構(gòu)和磁鏈特性，其轉(zhuǎn)矩生成原理與交流電機(jī)不同，因而傳統(tǒng)DTC方法維持磁鏈近似圓形的原則對(duì)SRM并不適用。取消磁鏈滯環(huán)控制后，采用穩(wěn)定且較為緩慢變化的轉(zhuǎn)子位置角判斷扇區(qū)，具有更高的準(zhǔn)確性。

8/6極SRM的機(jī)械角度和電角度存在以下關(guān)系：

θele=θrNr

(2)

式中：θele表示電角度；θr表示轉(zhuǎn)子機(jī)械角度；Nr表示轉(zhuǎn)子極數(shù)。

四相8/6極SRM每轉(zhuǎn)有24個(gè)步距，步進(jìn)角為15°。四相依次通電后，轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)過60°，即360°電角度，視為一個(gè)周期。則在一個(gè)周期內(nèi)各相的對(duì)齊位置與不對(duì)齊位置的角度關(guān)系如圖4所示，并以此重新劃分區(qū)間S1～S8。

圖4 優(yōu)化的DTC方法的區(qū)間劃分

2.1 增轉(zhuǎn)矩電壓矢量重構(gòu)

以S1扇區(qū)為例，若A相勵(lì)磁關(guān)斷不及時(shí)，A相電流進(jìn)入S1扇區(qū)(即A相負(fù)轉(zhuǎn)矩區(qū))，A相將產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩，任何負(fù)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生都會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩電流比降低。實(shí)際上，僅調(diào)整工作相就能達(dá)到轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)。在換相區(qū)之間，為了防止產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩，關(guān)斷相要及時(shí)去磁，而導(dǎo)通相要適當(dāng)勵(lì)磁，以彌補(bǔ)因關(guān)斷相的去磁所造成的正轉(zhuǎn)矩缺失。

新的電壓矢量組構(gòu)建原則是在繞組即將進(jìn)入電感下降區(qū)間前，提前關(guān)斷該相開關(guān)管，保證相電流有足夠的時(shí)間下降為0；并且對(duì)已經(jīng)位于電感下降區(qū)間的繞組，嚴(yán)禁對(duì)其勵(lì)磁。以A相繞組為例，圖4中S1～S4扇區(qū)為A相電感下降區(qū)，此時(shí)若對(duì)A相繞組勵(lì)磁則會(huì)產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩，所以在整個(gè)S1～S4扇區(qū)A相電路狀態(tài)都應(yīng)該為“-1”；S5～S8扇區(qū)為A相電感上升區(qū)，此時(shí)為保證A相轉(zhuǎn)矩出力，應(yīng)對(duì)A相繞組勵(lì)磁，S5～S8扇區(qū)A相電路狀態(tài)都為“1”。但是為了避免A相電流進(jìn)入S1扇區(qū)，在S8扇區(qū)內(nèi)應(yīng)使A相電流迅速下降，所以更改S8扇區(qū)內(nèi)A相電路狀態(tài)為“-1”。其余三相繞組位于各個(gè)扇區(qū)內(nèi)功率變換電路狀態(tài)設(shè)計(jì)與A相類似，其他扇區(qū)的增轉(zhuǎn)矩電壓矢量選擇如圖5和表2所示。

圖5 增轉(zhuǎn)矩電壓矢量組

表2 增轉(zhuǎn)矩電壓矢量選擇表

2.2 減轉(zhuǎn)矩電壓矢量重構(gòu)

在傳統(tǒng)的DTC方法中，當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)矩高于參考轉(zhuǎn)矩，需要減小電磁轉(zhuǎn)矩輸出時(shí)，通過導(dǎo)通位于電感下降區(qū)的繞組相產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩抵消超出參考轉(zhuǎn)矩的部分。對(duì)于圖5中優(yōu)化的電壓矢量，當(dāng)然也可以采用這種方法。例如，轉(zhuǎn)子位于S1扇區(qū)時(shí)，若需轉(zhuǎn)矩增大，可以選擇圖5中的U4；若需輸出轉(zhuǎn)矩減小，可以選擇圖5中的U8。但是對(duì)于穩(wěn)定運(yùn)行的SRM，可以采用減小工作相的輸出轉(zhuǎn)矩，使超出參考轉(zhuǎn)矩的部分正轉(zhuǎn)矩降落更平緩，不僅達(dá)到了溫和地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩的目的，而且提高了使轉(zhuǎn)矩電流比。因此，表2中的電壓矢量只適合增大轉(zhuǎn)矩時(shí)使用，各扇區(qū)內(nèi)使轉(zhuǎn)矩減小的電壓矢量需要重新設(shè)計(jì)。

以S1扇區(qū)為例，此時(shí)A相與D相都處于負(fù)轉(zhuǎn)矩區(qū)，為了獲得更高的轉(zhuǎn)矩電流比，A相與D相均不能施加勵(lì)磁產(chǎn)生電流，因此，在整個(gè)S1扇區(qū)A相與D相都應(yīng)施加“-1”狀態(tài)；在S1扇區(qū)內(nèi)，B相主要提供輸出轉(zhuǎn)矩，若要減小輸出轉(zhuǎn)矩，可以停止對(duì)B相勵(lì)磁，施加“-1”狀態(tài)使電流快速下降，但是此時(shí)B相并不在換相區(qū)，電流并不需要降為0，并且B相過快的電流下降會(huì)導(dǎo)致較大的轉(zhuǎn)矩振蕩，所以在整個(gè)S1扇區(qū)對(duì)B相施加“0”狀態(tài)，使B相電流緩慢下降，并且B相始終承擔(dān)輸出轉(zhuǎn)矩。C相此時(shí)剛剛進(jìn)入正轉(zhuǎn)矩區(qū)，只能提供有限的正轉(zhuǎn)矩，且相電感較小，若施加“-1”狀態(tài)電流很快下降，后續(xù)區(qū)間將無法達(dá)到較高電流幅值提供足夠的正轉(zhuǎn)矩，所以在整個(gè)S1扇區(qū)對(duì)C相施加“0”狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)后續(xù)對(duì)轉(zhuǎn)矩的快速調(diào)節(jié)。于是，在S1扇區(qū)使轉(zhuǎn)矩減小的電壓矢量為(-1，0，0，-1)。其他扇區(qū)的減轉(zhuǎn)矩電壓矢量選擇如圖6和表3所示。

圖6 減轉(zhuǎn)矩電壓矢量組

表3 減轉(zhuǎn)矩電壓矢量選擇表

3 仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了檢驗(yàn)本文優(yōu)化方法的正確性，首先在MATLAB上搭建仿真模型進(jìn)行算法的仿真對(duì)比，然后搭建了以8/6極SRM樣機(jī)為控制對(duì)象的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并在此平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)如表4所示。

表4 樣機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)

傳統(tǒng)DTC方法框圖如圖7所示，本文優(yōu)化的DTC方法框圖如圖8所示?？梢灾庇^地觀察到優(yōu)化方法更加簡(jiǎn)潔，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩更直接的控制，并且調(diào)試參數(shù)更少，較大程度上減小了調(diào)試難度。

圖7 傳統(tǒng)DTC方法框圖

圖8 優(yōu)化的DTC方法框圖

3.1 仿真結(jié)果

在MATLAB/Simulink中搭建電機(jī)模型及控制算法模型。仿真參數(shù)設(shè)定如表5所示。

表5 仿真參數(shù)設(shè)置

傳統(tǒng)DTC方法空載仿真實(shí)驗(yàn)總仿真時(shí)長(zhǎng)為0.5 s，設(shè)置轉(zhuǎn)速環(huán)PI控制器比例、積分系數(shù)分別為0.1和0.25，負(fù)載轉(zhuǎn)矩0.5 N·m，仿真結(jié)果如圖9所示。觀察圖9(b)，轉(zhuǎn)矩很難被限制在滯環(huán)寬度內(nèi)，圖9(c)為穩(wěn)定后的相電流與轉(zhuǎn)子角度波形，實(shí)線表示電流，點(diǎn)劃線表示轉(zhuǎn)子角度，虛線表示C相角度30°分界線，雙劃線左側(cè)是正轉(zhuǎn)矩區(qū)，右側(cè)是負(fù)轉(zhuǎn)矩區(qū)。在負(fù)轉(zhuǎn)矩區(qū)的較大電流會(huì)產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)，并且會(huì)降低轉(zhuǎn)矩電流比。由式(3)得穩(wěn)定后的最大轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)為2.115，由式(4)得穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)矩電流比為0.592 4 N·m/A。圖9(d)為合成磁鏈，在傳統(tǒng)DTC方法下，磁鏈維持近似圓形。

(3)

式中：Trip表示最大轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；Tmax表示穩(wěn)定后的最大輸出轉(zhuǎn)矩；Tmin表示穩(wěn)定后的最小輸出轉(zhuǎn)矩；Tref表示給定參考轉(zhuǎn)矩。

(4)

式中：Tavg表示穩(wěn)定后的平均輸出轉(zhuǎn)矩；Iavg表示穩(wěn)定后的相電流平均值。

圖9 傳統(tǒng)DTC方法仿真結(jié)果

優(yōu)化DTC方法的空載仿真實(shí)驗(yàn)的總仿真時(shí)長(zhǎng)為0.5 s，設(shè)置轉(zhuǎn)速環(huán)PI控制器比例、積分系數(shù)分別為0.1和0.25，負(fù)載轉(zhuǎn)矩0.5 N·m，仿真結(jié)果如圖10所示。觀察圖10(b)，轉(zhuǎn)矩基本被限制在滯環(huán)寬度內(nèi)。由圖10可知，優(yōu)化DTC方法的相電流更早地下降至0，在圖10(c)中，實(shí)線表示電流，點(diǎn)劃線表示轉(zhuǎn)子角度，虛線左側(cè)是正轉(zhuǎn)矩區(qū)，右側(cè)是負(fù)轉(zhuǎn)矩區(qū)。電流在進(jìn)入負(fù)轉(zhuǎn)矩區(qū)前完全減小至零，沒有負(fù)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生，因此輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大幅減小，使得圖10(a)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)更加平滑。由式(3)得穩(wěn)定后的最大轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)0.316，由式(4)得穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)矩電流比為1.293 8 N·m/A。與傳統(tǒng)DTC方法的仿真結(jié)果相比，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小了85%，轉(zhuǎn)矩電流比增大了118%，優(yōu)化效果明顯。

圖10(d)為合成磁鏈，在優(yōu)化的DTC方法下，取消了磁鏈滯環(huán)，磁鏈波形并不能維持近似圓形。這不僅減少了一個(gè)控制變量，減小了DSP負(fù)擔(dān)和調(diào)試難度，而且使轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩的性能增加。在傳統(tǒng)DTC方法中，為了維持圓形磁鏈，相電流拖尾電流較大，在進(jìn)入負(fù)轉(zhuǎn)矩區(qū)前相電流未降至零，因此產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)，并且會(huì)降低轉(zhuǎn)矩電流比。

圖10 優(yōu)化的DTC方法仿真結(jié)果

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

分別采用傳統(tǒng)DTC方法和優(yōu)化后的DTC方法驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)空載旋轉(zhuǎn)，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證本文算法的有效性。轉(zhuǎn)速和位置角使用磁編碼器AS5048A測(cè)算得到，相電流由電流霍爾檢測(cè)得到；通過查表法得到轉(zhuǎn)矩值和磁鏈值?？刂浦芷跒?.5 ms，每2.5 ms記錄一次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，空載實(shí)驗(yàn)的參數(shù)設(shè)置如表5所示。

圖11展示了傳統(tǒng)DTC的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從圖11(b)中可以看出，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較大，最大轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)為13.83，因此轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的轉(zhuǎn)速波動(dòng)和噪聲也很大。圖11(c)中，實(shí)線表示電流，點(diǎn)劃線表示轉(zhuǎn)子角度，虛線左側(cè)是正轉(zhuǎn)矩區(qū)，右側(cè)是負(fù)轉(zhuǎn)矩區(qū)?？梢园l(fā)現(xiàn)，在負(fù)轉(zhuǎn)矩區(qū)仍有電流導(dǎo)通且持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，導(dǎo)致了負(fù)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生，這是傳統(tǒng)DTC方法轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大的根本原因，轉(zhuǎn)矩電流比為0.11 N·m/A。

本文在系統(tǒng)運(yùn)行1.25 s時(shí)給予系統(tǒng)給定轉(zhuǎn)速階躍至600 r/min，轉(zhuǎn)速波形如圖11(d)所示。從圖11(d)可以看出，在傳統(tǒng)DTC方法下，雖然轉(zhuǎn)速能跟蹤上給定轉(zhuǎn)速，但是存在較大的脈動(dòng)。

圖12展示了優(yōu)化DTC方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。最大轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)為1.382。圖12(c)中,實(shí)線表示電流，點(diǎn)劃線表示轉(zhuǎn)子角度，虛線左側(cè)是正轉(zhuǎn)矩區(qū)，右側(cè)是負(fù)轉(zhuǎn)矩區(qū)。相電流在進(jìn)入負(fù)轉(zhuǎn)矩區(qū)之前已經(jīng)下降為0，并且在整個(gè)負(fù)轉(zhuǎn)矩區(qū)不再對(duì)該相繞組勵(lì)磁，C相電路狀態(tài)保持為“-1”，因此沒有負(fù)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生，起到抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、增大轉(zhuǎn)矩電流比的效果，轉(zhuǎn)矩電流比為0.372 N·m/A。

圖12(d)展示了本文優(yōu)化的DTC方法下的突加速實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線?？梢钥闯?，該方法不僅能快速準(zhǔn)確跟隨給定轉(zhuǎn)速，并且與傳統(tǒng)DTC方法相比，優(yōu)化的DTC方法的響應(yīng)過程更平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后具有更小的脈動(dòng)。

4 結(jié) 語

本文分析了傳統(tǒng)DTC方法轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大的根本原因，提出了一種優(yōu)化的DTC方法，并給出了適用于8/6極SRM的電壓矢量和開關(guān)表，能夠進(jìn)一步抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。對(duì)電壓矢量和開關(guān)表進(jìn)行優(yōu)化后，電壓矢量選擇更加致力于轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，能夠避免負(fù)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)因此減小，從而提高轉(zhuǎn)矩電流比。本文的優(yōu)化方法也同時(shí)減小了參數(shù)調(diào)試難度，可行性更高。新方法在實(shí)驗(yàn)效果中使得轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)比傳統(tǒng)方法減小了90%，轉(zhuǎn)矩電流比由0.11 N·m/A提高至0.372 N·m/A。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了優(yōu)化的DTC方法可以有效減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)并且增大轉(zhuǎn)矩電流比。

圖11 傳統(tǒng)DTC方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖12 優(yōu)化的DTC方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果