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開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)（Switched Reluctance Motor, SRM）具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低及可缺相運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)，并且不存在永磁電機(jī)高溫退磁的問(wèn)題，使得SRM在傳動(dòng)領(lǐng)域中具有巨大應(yīng)用潛力。但是SRM的運(yùn)行性能與其控制方法的選擇密切相關(guān)，當(dāng)控制方法不同時(shí)，電機(jī)在效率、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、振動(dòng)和噪聲等方面的性能也就表現(xiàn)不同。

SRM的常用控制方式包括角度位置控制、電流斬波控制及電壓斬波控制，在實(shí)際使用過(guò)程中往往是將這三種控制方式相互結(jié)合使用。電流斬波控制具有控制方式簡(jiǎn)單、可有效抑制過(guò)沖電流等優(yōu)點(diǎn)，主要用于SRM起動(dòng)和低速運(yùn)行。

但是電流斬波控制屬于滯后控制，當(dāng)繞組電流變化較快或電流采樣頻率較低時(shí)，單純地使用電流斬波控制往往會(huì)使得電機(jī)繞組中的實(shí)際電流明顯超過(guò)電流斬波上下限，產(chǎn)生較大的電流脈動(dòng)。尤其在定轉(zhuǎn)子齒沒(méi)有重疊的位置區(qū)域，即小電感區(qū)域內(nèi)，因反電勢(shì)較小，過(guò)沖電流的問(wèn)題更為突出，其峰值電流甚至?xí)_(dá)到給定電流的1.5倍，這將明顯增加電機(jī)繞組損耗并引起較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

為解決上述問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了許多方法。

• 有學(xué)者提出了一種新的驅(qū)動(dòng)電路用以降低開(kāi)關(guān)器件通斷所引起的電流脈動(dòng)，但是該方法需要更換新的硬件電路。
• 有學(xué)者提出根據(jù)電感增量對(duì)PI參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)及對(duì)存儲(chǔ)的反電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行補(bǔ)償，解決了電流上升過(guò)程的過(guò)沖問(wèn)題，但是該方法需要存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。
• 針對(duì)相關(guān)研究中需要大量?jī)?chǔ)存數(shù)據(jù)的問(wèn)題，有學(xué)者將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于增量電感與反電動(dòng)勢(shì)的在線計(jì)算，減少了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量。
• 有學(xué)者將滑模變結(jié)構(gòu)控制應(yīng)用于SRM對(duì)給定電流的跟蹤，減少了跟蹤過(guò)程的電流脈動(dòng)。
• 有學(xué)者提出在已知電機(jī)參數(shù)的前提下，采用積分滑模控制方法，實(shí)現(xiàn)在固定的較低采樣頻率下對(duì)給定電流的跟蹤。
• 有學(xué)者以電機(jī)磁鏈特性曲線為基礎(chǔ)，預(yù)測(cè)所需脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation, PWM）占空比，以減少電流脈動(dòng)。
• 有學(xué)者通過(guò)基于電機(jī)模型的自適應(yīng)控制器與改進(jìn)采樣法，實(shí)現(xiàn)了低采樣頻率下電流脈動(dòng)的減小。
• 有學(xué)者通過(guò)對(duì)固定轉(zhuǎn)子位置處的電壓進(jìn)行迭代學(xué)習(xí)控制，實(shí)現(xiàn)固定轉(zhuǎn)子位置對(duì)給定電流的跟蹤。
• 有學(xué)者提出基于迭代學(xué)習(xí)控制的平均電流跟蹤策略，通過(guò)計(jì)算一個(gè)PWM周期內(nèi)繞組中實(shí)際電流與給定電流差值的平均值作為電壓迭代學(xué)習(xí)控制的輸入量，實(shí)現(xiàn)對(duì)PWM占空比的調(diào)節(jié)，獲得與給定電流相差較小的實(shí)際電流。但是當(dāng)電機(jī)負(fù)載或給定轉(zhuǎn)速頻繁變化時(shí)，PWM占空比將可能一直處于調(diào)整過(guò)程，迭代學(xué)習(xí)控制的動(dòng)態(tài)性能不夠理想。
• 有學(xué)者提出通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得不同轉(zhuǎn)速及參考電流下電流脈動(dòng)小的PWM占空比，并通過(guò)數(shù)據(jù)擬合獲得PWM占空比與轉(zhuǎn)速、電流的函數(shù)關(guān)系，提高了PWM占空比調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)特性。但是該方法需要通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，以獲取不同轉(zhuǎn)速和負(fù)載條件下的最優(yōu)PWM占空比。

太原理工大學(xué)礦用智能電器技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室、太原理工大學(xué)電氣與動(dòng)力工程學(xué)院的研究人員，針對(duì)傳統(tǒng)電流斬波控制法在轉(zhuǎn)速較低、負(fù)載較小工況下，存在斬波電流脈動(dòng)大、容易超過(guò)斬波上下限的問(wèn)題，結(jié)合小電感區(qū)電感值與電感明顯上升段電感對(duì)轉(zhuǎn)子位置的斜率，提出一種SRM電流斬波控制下PWM占空比的計(jì)算方法，解決了SRM電流斬波控制下電流脈動(dòng)大及電流容易過(guò)沖的問(wèn)題；并根據(jù)電流斬波控制特性，提出一種對(duì)小電感區(qū)電感值和電感明顯上升區(qū)電感對(duì)轉(zhuǎn)子位置斜率的在線實(shí)驗(yàn)測(cè)取方法。

圖3 SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

所提出的PWM占空比解析計(jì)算法僅需在傳統(tǒng)電流斬波控制過(guò)程中加入PWM占空比調(diào)節(jié)計(jì)算，無(wú)需增加新的硬件電路，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單易行。PWM占空比解析計(jì)算法在計(jì)算過(guò)程中忽略了一些次要因素的影響，如小電感區(qū)的電感變化等，因此所得結(jié)果不一定是最優(yōu)PWM占空比。

最后，在樣機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)提出的PWM占空比解析計(jì)算法進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明：與傳統(tǒng)電流斬波控制相比較，電機(jī)在相同工況下運(yùn)行時(shí)，PWM占空比解析計(jì)算法具有更小的電流脈動(dòng)與轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，降低了線路損耗，有利于提高電機(jī)的運(yùn)行效率。

與有學(xué)者所提出的控制方法相比較，省去了通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)試湊不同轉(zhuǎn)速及負(fù)載下合適的PWM占空比，再對(duì)所得到的PWM占空比與轉(zhuǎn)速、參考電流進(jìn)行函數(shù)關(guān)系擬合的過(guò)程，具有更強(qiáng)的可移植性。

以上研究成果發(fā)表在2019年第21期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“基于電流斬波控制的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)脈沖寬度調(diào)制占空比解析計(jì)算法”，作者為田德翔、曲兵妮、宋建成、趙勇。