基于轉(zhuǎn)矩分配的開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制的研究

楊 光， 楊明發(fā)， 石 凱

(福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院， 福建 福州 350116)

基于轉(zhuǎn)矩分配的開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制的研究

楊 光， 楊明發(fā)， 石 凱

(福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院， 福建 福州 350116)

轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是開關(guān)磁阻電機(jī)亟待解決的問題和研究難點(diǎn)之一，其限制了速度控制性能和位置測(cè)量精度的進(jìn)一步提升?；谵D(zhuǎn)矩分配的開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制的理論研究已取得較大進(jìn)步，但由于電機(jī)磁路的非線性，使得在實(shí)際應(yīng)用中轉(zhuǎn)矩很難準(zhǔn)確反饋。本文根據(jù)電機(jī)的實(shí)際規(guī)格和尺寸，采用Maxwell3D計(jì)算出在不同轉(zhuǎn)子位置和相電流下的轉(zhuǎn)矩，建立了轉(zhuǎn)矩-電流逆模型；通過合理地設(shè)置開通角、換相重疊角和關(guān)斷角，簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)，抑制了反向制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；進(jìn)而根據(jù)轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)，采用電流閉環(huán)對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行間接控制。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該方法可以有效地減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

開關(guān)磁阻電機(jī)； 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制； 轉(zhuǎn)矩模型； 轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)

1 引言

開關(guān)磁阻電機(jī)(SRM)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、效率高和調(diào)速性能好等一系列交流、直流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛地應(yīng)用于紡織、電動(dòng)汽車、家電、航空航天、礦山機(jī)械等領(lǐng)域。但是SRM的雙凸級(jí)結(jié)構(gòu)使得轉(zhuǎn)矩和磁鏈?zhǔn)嵌ㄗ酉嚯娏骱娃D(zhuǎn)子位置的非線性函數(shù)，無(wú)固定公式可循[1]，非線性磁路下脈沖工作方式的相電流導(dǎo)致SRM存在比較嚴(yán)重的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)又會(huì)引起轉(zhuǎn)速波動(dòng)、降低位置控制精度，尤其在換相過程中更為明顯。因此，加強(qiáng)瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制的研究是SRM發(fā)展的主要方向。

傳統(tǒng)的電流斬波控制(CCC)、電壓脈寬調(diào)制(PWM)和角度位置控制(APC)方式已取得較大進(jìn)步，雖然這些控制方式適用轉(zhuǎn)速范圍寬、容易實(shí)現(xiàn)，但其均未考慮換相過程中合成轉(zhuǎn)矩的平滑過渡，因此不能有效抑制換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)[2]?；谵D(zhuǎn)矩分配函數(shù)(TSF)的SRM轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制的理論研究已取得較大進(jìn)步，但其在換相過程中，只有開通相的轉(zhuǎn)矩可以通過控制電流實(shí)時(shí)控制，關(guān)斷相的轉(zhuǎn)矩只能隨著電流的下降和轉(zhuǎn)角的增加而無(wú)序變化，導(dǎo)致?lián)Q相過程中合成瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩不能跟隨目標(biāo)轉(zhuǎn)矩。文獻(xiàn)[3]針對(duì)換相過程中關(guān)斷相電流不可控而引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)增大的問題，提出減小或增大相電流進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)目刂撇呗?，?shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法可有效抑制整距繞組分塊轉(zhuǎn)子SRM的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。文獻(xiàn)[4]提出了一種基于徑向基函數(shù)(RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的SRM瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩控制方法，利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算速度快、泛化能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，從控制瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩出發(fā)對(duì)電流進(jìn)行瞬時(shí)跟蹤控制。文獻(xiàn)[5]研究了開通角和關(guān)斷角的合理控制可以有效抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，其采用余弦型轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)，通過模糊優(yōu)化開通角，在電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)的控制方式下對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)進(jìn)行抑制，得到了比較好的仿真控制效果。文獻(xiàn)[6]提出以各相電流為優(yōu)化變量、以轉(zhuǎn)矩誤差最小為跟蹤目標(biāo)的一種新型轉(zhuǎn)矩分配策略，但其算法復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)未能實(shí)現(xiàn)。文獻(xiàn)[7]設(shè)計(jì)了一種新型轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)， 通過改變分配函數(shù)中的波形系數(shù)來(lái)控制每相繞組的分配轉(zhuǎn)矩，從而使實(shí)際轉(zhuǎn)矩跟蹤給定轉(zhuǎn)矩，抑制電機(jī)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

綜上所述，現(xiàn)有基于TSF的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制的研究只側(cè)重于控制方法的優(yōu)良，忽略了最根本的轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，而轉(zhuǎn)矩模型的準(zhǔn)確性直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制效果的好壞。本文根據(jù)電機(jī)的實(shí)際規(guī)格和尺寸，采用Maxwell3D計(jì)算出不同轉(zhuǎn)子位置和相電流下的轉(zhuǎn)矩，通過和實(shí)測(cè)靜態(tài)轉(zhuǎn)矩相比較，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性；然后利用插值法建立了轉(zhuǎn)矩逆模型(i(Te,θ))，并根據(jù)轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)，采用電流閉環(huán)對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行間接控制，有效地抑制了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

2 轉(zhuǎn)矩模型

雖然SRM的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其電磁關(guān)系卻很復(fù)雜，磁路飽和、磁滯效應(yīng)和渦流損耗等產(chǎn)生的非線性因素造成了SRM的數(shù)學(xué)模型難以建立?，F(xiàn)有的SRM的線性模型和準(zhǔn)線性模型突出了其基本物理特性，且具有便于定性分析、建模簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但是SRM實(shí)際工作在非線性狀態(tài)。因此，為了提高轉(zhuǎn)矩定量分析的精度，必須建立其非線性模型。

Ansys/Maxwell有限元計(jì)算軟件目前已廣泛應(yīng)用于各種電機(jī)的磁場(chǎng)計(jì)算，其中SRM的二維有限元數(shù)值計(jì)算技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但其忽略了電機(jī)端部磁場(chǎng)效應(yīng)，導(dǎo)致在齒對(duì)槽位置附近時(shí)，磁鏈和轉(zhuǎn)矩的誤差會(huì)達(dá)到30%以上，所以必須采用三維有限元分析。本文采用四相(8/6級(jí))370W開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

表1 電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)

根據(jù)電機(jī)的實(shí)際規(guī)格和尺寸建立其三維仿真模型，如圖1所示。在該模型下計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)矩和磁鏈時(shí)會(huì)充分考慮機(jī)殼和端部磁場(chǎng)效應(yīng)產(chǎn)生的影響。

圖1 實(shí)驗(yàn)電機(jī)模型Fig.1 Experimental motor model

基于TSF控制方法的通電方式是單相、雙相交替導(dǎo)通，因此兩種通電方式下的轉(zhuǎn)矩波形都要考慮，但是兩相通電產(chǎn)生的互感磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)矩的影響很小，可以忽略不計(jì)，因此，仿真和實(shí)驗(yàn)中總的轉(zhuǎn)矩可以用四相轉(zhuǎn)矩之和代替。

以A相繞組為例，為得到在不同相電流和轉(zhuǎn)角位置下的轉(zhuǎn)矩，分別給A相繞組通入步長(zhǎng)0.2A、范圍0～4A的電流，仿真計(jì)算出在固定相電流下轉(zhuǎn)子位置0～60°的轉(zhuǎn)矩值，進(jìn)而可以繪制出轉(zhuǎn)矩曲面，如圖2所示。B相、C相和D相轉(zhuǎn)矩依次相差15°機(jī)械角，將其相加即為四相合成瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩。

圖2 根據(jù)仿真結(jié)果繪制的轉(zhuǎn)矩曲面模型Fig.2 Curved surface model of torque based on simulation results

為了驗(yàn)證仿真計(jì)算出的轉(zhuǎn)矩是否準(zhǔn)確，需要測(cè)量實(shí)際情況下的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩。使用分度盤固定實(shí)驗(yàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸在0°機(jī)械角位置(相對(duì)于A軸)，分別給A相通入步長(zhǎng)0.2A、范圍0～4A的電流，使用靜態(tài)扭矩測(cè)量?jī)x記錄電機(jī)在0°轉(zhuǎn)子角位置、不同相電流下的靜態(tài)扭矩。按照上述方法，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子角度，每隔2°測(cè)量一次在不同相電流大小下的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，可以得到如圖3所示的轉(zhuǎn)矩曲面模型。

圖3 根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果繪制的轉(zhuǎn)矩曲面模型Fig.3 Curved surface model of torque based on actual measurement results

圖4為實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)矩和Maxwell3D計(jì)算的轉(zhuǎn)矩誤差圖?？梢钥闯觯谵D(zhuǎn)子磁極前沿和定子磁極前沿重合位置、轉(zhuǎn)子磁極后沿和定子磁極后沿重合位置附近時(shí)，實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)矩和仿真轉(zhuǎn)矩誤差較大。這一方面是因?yàn)閷?shí)際2°測(cè)量一次，精度較低；另一方面因?yàn)镸axwell計(jì)算轉(zhuǎn)矩是建立在真空條件下的，而實(shí)際情況空氣仍有一定的導(dǎo)磁率。

圖4 轉(zhuǎn)矩誤差曲面Fig.4 Error surface of torque

雖然實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)矩和仿真轉(zhuǎn)矩存在一定的誤差，但基本可以確認(rèn)仿真模型和仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。實(shí)際應(yīng)用中，通過多項(xiàng)式插值法將仿真出的轉(zhuǎn)矩模型數(shù)據(jù)Te(i,θ)反演出轉(zhuǎn)矩逆模型i(Te,θ)，如圖5所示。實(shí)驗(yàn)中通過查表法獲取當(dāng)前所需轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的電流值，采用電流閉環(huán)對(duì)轉(zhuǎn)矩間接控制。

圖5 轉(zhuǎn)矩逆模型Fig.5 Inverse model of torque

3 轉(zhuǎn)矩分配控制策略

對(duì)于三相及其以上的SRM，存在單相、兩相以及兩相以上通電方式，因此基于TSF的抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的控制方法是為了使SRM在單相和多相導(dǎo)通時(shí)，合成瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩保持恒定，即利用TSF分配每相繞組在不同轉(zhuǎn)角位置下的期望轉(zhuǎn)矩，開通相的期望轉(zhuǎn)矩按照一定規(guī)律上升，關(guān)斷相的期望轉(zhuǎn)矩按照一定規(guī)律下降。通過控制開通相的電流，使各相瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩跟隨分配轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩輸出。

TSF的不同直接影響SRM換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、饋電電壓和相繞組銅耗，因而使SRM的效率和速度-轉(zhuǎn)矩極限也受到一定程度的影響[8]。因此，合理地設(shè)置TSF對(duì)于提高SRM控制性能非常重要。TSF設(shè)計(jì)原則一般如下：任一時(shí)刻僅有一相繞組或相鄰兩相繞組通電，且各相繞組僅產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩。

傳統(tǒng)的TSF有直線型、余弦型、立方型和指數(shù)型等，如圖6所示。其中θon為開通角；θoff不是傳統(tǒng)控制方式(電流斬波和電壓PWM)下的關(guān)斷角，而是轉(zhuǎn)矩按照TSF開始減小的起始位置角；θov為換相重疊角。

圖6 傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)Fig.6 Traditional torque sharing function

實(shí)際應(yīng)用中受DSP計(jì)算速度的限制，只能選擇直線型或立方型TSF。由于直線型對(duì)應(yīng)的調(diào)速范圍較小、銅耗較大[9]，故本文采用立方型TSF。在一個(gè)轉(zhuǎn)子角周期60°內(nèi)，導(dǎo)通相的立方型TSF為：

(1)

其中，換向重疊角θov、θoff和轉(zhuǎn)子極距τ之間應(yīng)滿足約束條件：

(2)

為了最大限度地?cái)U(kuò)展調(diào)速范圍，同時(shí)在開通期間和關(guān)斷期間不產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩，實(shí)驗(yàn)中將換向重疊角θov設(shè)置為7.5°，每個(gè)轉(zhuǎn)子周期內(nèi)每相繞組單獨(dú)導(dǎo)通的角度也設(shè)置為7.5°，那么在一個(gè)轉(zhuǎn)子角周期內(nèi)，每相導(dǎo)通22.5°，開通角θon和θoff滿足關(guān)系：

θoff-θon=15°

(3)

本文將開通角θon也設(shè)置為7.5°，一方面簡(jiǎn)化了軟件編程，即每隔固定角7.5°產(chǎn)生一個(gè)開關(guān)信號(hào)；另一方面最大限度地減小了互感磁場(chǎng)和漏磁產(chǎn)生的影響，以A相為例，單個(gè)轉(zhuǎn)子角周期內(nèi)的三種導(dǎo)通狀態(tài)如圖7所示。如果開通角θon小于7.5°，那么在A相開通時(shí)刻，轉(zhuǎn)子凸級(jí)更多地和B相磁極重疊，磁場(chǎng)走向趨向于經(jīng)過B相和轉(zhuǎn)子閉合，會(huì)產(chǎn)生反向制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；如果開通角θon大于7.5°，那么根據(jù)式(3)可知，θoff大于22.5°，在高速情況下，A相電流會(huì)進(jìn)入電感下降區(qū)，從而產(chǎn)生反向制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

圖7 單個(gè)轉(zhuǎn)子角周期內(nèi)A相的三種導(dǎo)通狀態(tài)Fig.7 Three conduction states of phase A in a single rotor period

4 仿真與分析

本文以四相(8/6級(jí))SRM為例建立SRM模型，其中，定子電阻Rs=0.1Ω，電源電壓U=220V，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0.0017kg·m2，摩擦系數(shù)F=0.008N·m2，電感最大值Lmax=0.17H，電感最小值Lmin=0.0078H，電流為1～15A。給定轉(zhuǎn)速600r/min，仿真中電機(jī)帶1N·m負(fù)載起動(dòng)，在0.2s時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩突變?yōu)?N·m，0.3s時(shí)恢復(fù)為1N·m，仿真時(shí)長(zhǎng)0.4s，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Fig.8 System structure diagram

圖9(a)為傳統(tǒng)的電流斬波控制方式下的轉(zhuǎn)矩波形，圖9(b)為基于TSF的轉(zhuǎn)矩間接控制方式下轉(zhuǎn)矩波形。從圖9可以看出，無(wú)論是起動(dòng)、突加負(fù)載、突減負(fù)載還是穩(wěn)態(tài)，基于TSF控制方式下的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)相對(duì)于傳統(tǒng)斬波控制方式下的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)有明顯的改善，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小于給定轉(zhuǎn)矩的10%，而傳統(tǒng)方式下的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于給定轉(zhuǎn)矩的20%，在起動(dòng)和換相期間尤為明顯。

圖9 轉(zhuǎn)矩波形圖Fig.9 Torque waveform

圖10為當(dāng)給定轉(zhuǎn)速為600r/min時(shí)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線，縱坐標(biāo)范圍限制在590～610r/min。從圖10可以看出，傳統(tǒng)斬波控制方式下的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速誤差最高達(dá)到4r/min，突加負(fù)載或突減負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)速響應(yīng)非常慢，且轉(zhuǎn)速脈動(dòng)隨著負(fù)載轉(zhuǎn)矩的升高而增大；本文基于TSF控制方式下的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速誤差幾乎為0，突加負(fù)載和突減負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)速響應(yīng)時(shí)間小于0.05s，且轉(zhuǎn)速脈動(dòng)基本為0。究其原因，一方面由于兩種控制方式下的轉(zhuǎn)速PID參數(shù)不同，另一方面由于控制對(duì)象不同，基于TSF控制方式是采用電流閉環(huán)對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行間接控制，同時(shí)考慮了轉(zhuǎn)矩和電流對(duì)轉(zhuǎn)速的影響，而傳統(tǒng)控制方式只是通過控制電流來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，忽略了轉(zhuǎn)矩對(duì)轉(zhuǎn)速的影響。對(duì)比圖9和圖10可以看出，由于傳統(tǒng)斬波控制方式下的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，從而導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)也較為明顯。因此，通過抑制SRM的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，可以使速度控制性能得到進(jìn)一步的提升。

圖10 轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線的局部放大圖Fig.10 Partial enlarged drawing of speed response curve

5 實(shí)驗(yàn)與分析

實(shí)驗(yàn)電機(jī)為四相(8/6級(jí))370W開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，控制芯片采用TMS320F2812，編程軟件采用CCS3.3，轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速通過上位機(jī)CCS3.3軟件自帶的圖形工具顯示。靜態(tài)扭矩傳感器采用上海力恒LH-NJ-02。為了提高DSP的運(yùn)行速度和計(jì)算精度，實(shí)驗(yàn)中使用了將浮點(diǎn)算法轉(zhuǎn)換成固定點(diǎn)算法的IQmath庫(kù)，故轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速都以標(biāo)幺值顯示，其中轉(zhuǎn)矩基值為2N·m，轉(zhuǎn)速基值為2000r/min，給定轉(zhuǎn)速為800r/min，即0.4pu。

圖11為實(shí)驗(yàn)電機(jī)空載穩(wěn)態(tài)(800r/min)下的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速曲線。從圖11可以看出，在空載狀態(tài)下，傳統(tǒng)斬波控制方式的轉(zhuǎn)矩波形很不平穩(wěn)，波動(dòng)范圍較大，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)幅值約為0.44N·m；基于TSF控制方式的轉(zhuǎn)矩波形相對(duì)較為平滑，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)幅值約為0.17N·m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于前者。因此，即使在空載狀態(tài)下，基于TSF控制策略相對(duì)于傳統(tǒng)斬波控制方式的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制效果就有了明顯的改善。

圖11 空載穩(wěn)態(tài)時(shí)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速曲線Fig.11 Curves of torque and speed in no-load and steady state

圖12為實(shí)驗(yàn)電機(jī)空載穩(wěn)態(tài)下突加1N·m負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線。從圖12可以看出，突加1N·m負(fù)載后，傳統(tǒng)斬波控制方式下轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)變大，脈動(dòng)最大值達(dá)到0.25pu，即0.5N·m；基于TSF控制方式下的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較小，脈動(dòng)大小約為0.1pu，即0.2N·m。同時(shí)在突加負(fù)載時(shí)，傳統(tǒng)斬波控制方式下的轉(zhuǎn)速跌落了0.05pu，即100r/min；基于TSF控制方式下的轉(zhuǎn)速跌落了0.35，即70r/min。由此可以看出，本文所述方法可以有效地抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和提高速度控制性能。

圖12 突加負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的響應(yīng)曲線Fig.12 Response curves of torque and rotational speed under abrupt change of load

圖13為基于TSF控制方式下，實(shí)驗(yàn)電機(jī)帶1N·m負(fù)載、800r/min運(yùn)行時(shí)的單相電流波形及其對(duì)應(yīng)的開關(guān)管開關(guān)狀態(tài)圖。通道1為驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形，開關(guān)管的開通電壓為+15V，關(guān)斷電壓為-5V；通道2為對(duì)應(yīng)的電流波形，電流最大值為2.2A。

圖13 帶載、穩(wěn)態(tài)下的電流波形Fig.13 Current waveforms under loaded and steady state

從圖13可以看出，在每個(gè)轉(zhuǎn)子周期內(nèi)每相電流波形可以等分為三個(gè)狀態(tài)，以A相為例，即DA相導(dǎo)通7.5°、A相導(dǎo)通7.5°和AB相導(dǎo)通7.5°三個(gè)狀態(tài)，且在給定轉(zhuǎn)矩下，三個(gè)狀態(tài)所需的勵(lì)磁電流逐漸下降。

6 結(jié)論

本文通過將實(shí)驗(yàn)電機(jī)建模，仿真出轉(zhuǎn)矩模型，并將其和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性，為基于TSF控制方式的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證奠定了基礎(chǔ)。通過合理地設(shè)置TSF的開通角、換向重疊角和關(guān)斷角，有效地簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)，同時(shí)抑制了反向制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生。仿真和實(shí)驗(yàn)采用基于TSF的電流閉環(huán)間接控制轉(zhuǎn)矩的控制方式，其結(jié)果驗(yàn)證了本文所述控制方式可以有效地抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，也說明了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的抑制可以有效地提高速度控制性能，同時(shí)也為SRM轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制的研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證提供了新思路。

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TorquerippleminimizationforswitchedreluctancemotorbasedonTSF

YANG Guang， YANG Ming-fa， SHI Kai

(College of Electrical & Automation Engineering, Fuzhou University, Fuzhou 350116, China)

Instantaneous torque ripple is one of the important difficulties of the switched reluctance motor to be solved, which limits the performance of speed control and position measurement precision for the further enhancement. The theoretical study of SRM torque ripple suppression based on torque distribution has made great progress, but the torque is difficult to be accurately fed back in practical application because of the nonlinear magnetic circuit. According to the actual specification and size of the motor, this paper calculates the torque under the different rotor position and phase current by using the software of Maxwell3D, then torque-current inverse model is set up. It simplifies the programming and inhibits the braking torque by reasonably setting the turn-on angle, commutation overlap angle and turn-off angle. The torque is controlled by adjusting the phase current based on the torque sharing function in the simulation and experiment, and the results show that the method can effectively reduce the torque ripple.

switched reluctance motor (SRM)； torque ripple minimization； torque model； torque sharing function (TSF)

2016-08-15

楊 光(1991-), 男, 河南籍, 碩士研究生, 研究方向?yàn)殡娏﹄娮优c電力傳動(dòng)；楊明發(fā)(1977-), 男, 福建籍, 副教授, 博士, 研究方向?yàn)殡姍C(jī)電器及其系統(tǒng)智能化與在線監(jiān)測(cè)技術(shù)(通訊作者)。

10.12067/ATEEE1608028

1003-3076(2017)12-0008-07

TM352