- 頭條改進型TSF控制方案，可減小開關磁阻電機的轉矩脈動2019-12-20 作者：費晨、顏建虎、汪盼、言釗 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語南京理工大學自動化學院的研究人員費晨、顏建虎、汪盼、言釗，在《電工技術學報》2018年增刊2上撰文（論文標題為“基于改進的轉矩分配函數法的開關磁阻電機轉矩脈動抑制”）指出，開關磁阻電機（SRM）因其特殊的雙凸極結構會引起電機運行時的轉矩脈動問題，極大地限制了其應用范圍。尤其隨著電機運行速度上升，由于換相時間縮短，傳統的轉矩分配函數（TSF）控制方法的電流跟蹤性能變差，轉矩脈動抑制能力減弱。由此，提出一種改進的轉矩分配函數控制方案。 首先，以一臺四相8/6極的開關磁阻電機為研究對象，分別建立指數型轉矩分配函數法和改進型轉矩分配函數法的Matlab/Simulink仿真模型，并搭建了以TMS320F28335為核心的開關磁阻電機調速系統的實驗平臺。分別進行了系統的仿真和實驗研究，仿真和實驗結果均證明了改進的轉矩分配函數控制方法能有效減小開關磁阻電機的轉矩脈動。
開關磁阻電機（Switched Reluctance Motor, SRM）的定子、轉子都是凸極結構，定子上有集中繞組，轉子上沒有繞組、永磁體，也沒有集電環和換向器等。SRM的結構特點使其具有可靠性高、成本低、效率高等優點，而由其構成的調速系統兼有交直流調速系統的長處，近年來在電氣傳動領域獲得了廣泛的應用。尤其是隨著電動汽車行業的蓬勃發展，SRM在這個領域有著良好的前景。
但是，同樣由于其雙凸極結構，SRM驅動系統本身就是一個嚴重非線性的系統，由此帶來的轉矩脈動、電機振動和噪聲等問題尤為明顯，這些缺陷特別是轉矩脈動大大限制了它在伺服控制等領域的廣泛應用。傳統的電機控制方法難以適用SRM的驅動系統，因此，抑制電機的轉矩脈動就成為當前SRM的一個研究熱點。
盡管由于磁路結構的復雜性導致SRM的轉矩脈動的研究有較大的難度，但通過各國學者多年的不懈努力，已經取得了一定的進展，例如：基于轉矩分配函數法的瞬時轉矩脈動最小化控制、SRM的定子振動模態和固有頻率的分析計算、SRM主動振動控制技術等均已有較大進展。
總體上，目前的研究方向主要有兩類：一類是電機本體的改進；另一類是電機控制策略的優化。前者可以通過改善電機的結構，并優化其參數設置來達到減小電機轉矩脈動的目的，但是該方法會在一定程度上影響電機的性能。因此，本文從改進電機的控制策略方面著手抑制SRM的轉矩脈動。
針對抑制SRM的轉矩脈動，各國學者提出了多種控制方法，例如：直接轉矩控制（Direct Torque Control, DTC）、轉矩分配函數（Torque Sharing Function, TSF）控制、人工神經網絡控制、PWM斬波調壓控制和電流斬波控制等。
這些控制方法都能在很大程度上抑制SRM的轉矩脈動，其中TSF法是目前應用較為廣泛的一類控制方法。常規的TSF法是使用預存的最優轉矩分配函數和轉矩滯環控制器來控制每相的轉矩以使其合成的總轉矩為一恒定值，進而來抑制轉矩脈動。但是，在實際應用中，每相的實際轉矩往往會跟蹤不上給定的轉矩，從而帶來額外的轉矩脈動。
為了克服這些缺陷，本文設計了一種新的轉矩分配函數，并對這種方法進行仿真和實驗分析，仿真和實驗結果均表明本文的方法可以有效地抑制SRM的轉矩脈動。
圖9 控制系統實驗平臺
結論
為了解決SRM運行時，傳統的TSF控制方法轉矩脈動抑制效果不佳的情況，本文設計了基于轉矩反饋的改進型TSF控制方案。此方案與傳統的TSF法相比，更合理地分配了各相轉矩，能更好地抑制轉矩脈動。
本文以一臺四相8/6極的SRM為研究對象，在Matlab/Simulink環境下搭建了仿真模型，并對其進行仿真分析。搭建了以TMS320F28335為核心的SRM調速系統的實驗平臺，對其進行了實驗驗證。實驗結果與仿真結果一致，均驗證了該方法對于抑制轉矩脈動具有一定的效果。
