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1、基于微步驅動的開關磁阻電機轉矩脈動控制系統(tǒng)作者：馬慶強王濟浩單位：山東大學控制科學與控制工程學院摘要： 轉矩脈動是開關磁阻電機的主要缺點之一。本文在借鑒步進電機微步驅動思想的基礎上，通過細分繞組換相時刻電流使通電繞組在空間合成多個轉矩矢量，控制電流大小維持轉矩幅值基本恒定，從而減小轉矩脈動。本文論述的控制策略在實驗過程中得到認證，在減小轉矩脈動和噪聲方面有顯著的成效。關鍵詞： 開關磁阻電機；轉矩脈動；細分；Abstract: Torquerippleisoneofthemajordisadvantagesofswitchedreluctancemotor(
2、SRM).Thispaperisbasedonthemicro-steppingdrivingofsteppingmotor,subdividedtheveryphasecurrentwhilechangingthephase,thengeneratessometorquevectorsinthespace,andcontrolsthephases’currenttomakethetorquecontinuity.Inthearticle,thiscontrolstrategyismadeexperiment,andthesolutionforreducingt
3、hetorquerippleisgood.Keywords: switchedreluctancemotor(SRM);torqueripple;micro-stepping;1引言 近幾年來，在伺服應用系統(tǒng)領域中對各種轉速的要求提高了人們對開關磁阻電機（簡稱SRM）的興趣。主要原因還是由于SRM具有結構簡單、成本低、運行可靠、低速轉矩大、簡單的功率轉換電路、控制方式靈活和效率高等優(yōu)點。雖然SRM在過去的幾年里有了很大發(fā)展，但仍存在一些問題有待研究，如與一般電機相比其轉距脈動比較明顯，這就限制了其在伺服傳動系統(tǒng)中的應用。為了使SRM能在伺服領域中發(fā)揮其固有的
4、優(yōu)點，研究如何有效的抑制SRM低速轉矩脈動具有十分重要的意義。在這方面各國學者做了大量的研究，有人提出按在飽和運行時產生近似正弦的轉矩/轉角靜態(tài)特性來優(yōu)化電動機的結構設計，并且采用伺服電動機控制器產生正弦的希望電流/轉角分布，以此削弱瞬時轉矩脈動。文獻[1]中采用模糊自適emergingSRM.應控制方案，模糊參數(shù)從開始的自由選擇到最后調整為最優(yōu)。文獻[2]中采用局部逼近的神經網絡，對期望的電流波形進行在線學習，從而實現(xiàn)轉矩脈動的最小化。但上述方法并沒得到廣泛的實際應用，其原因主要是其控制方案復雜，難以實時控制。 本文中通過借鑒步進電機細分驅動技術，結合分析S
5、RM矩角特性為本文的控制策略提供理論上的依據(jù)，并在實驗過程中驗證了控制策略的實效性，達到實驗的目的，有效地減小轉矩脈動，并使噪聲大大減小。2微分驅動的原理在步進電機的驅動控制中，將電機繞組中的電流對應各個平衡位置進行細分，由常規(guī)的矩形波供電改成階梯波供電，繞組中的電流經過若干個階梯上升到額定值或者從額定值經過若干個階梯下降到零。經過細分后，驅動電流的變化幅度大大減小。故轉子到達平衡位置時的過剩能量也大為減少；另一方面，控制信號的頻率提高了N倍（細分數(shù)），故可遠離轉子的低頻諧振頻率。因此，運用細分驅動不僅能使電機運行平穩(wěn)，而且還能減弱或消除振蕩引起的低頻噪聲。從上
6、述可以看出，步進電機的細分實質是在電機各相繞組的電流切換時代替原來的繞組電流直接通斷的方法。對于SRM而言，其工作原理與大角度步進電動機相似，定子磁動勢在空間以一個較大的步進角步進運行，由此我們考慮到在SRM驅動中是否也可以借鑒步進電機細分驅動的思想，在換相時細分繞組電流使通過繞組的電流階梯變化，通過控制各相電流的大小使繞組轉矩矢量在轉子的各平衡位置保持大小基本恒定，即減小了轉矩脈動。3SRM轉矩矢量控制原理 在SRM矩角特性分析中，若忽略磁路的非線性因素影響，電磁轉距可表示為： 式中：L0、L1為自感的恒定分量和基波分量的幅值，可以認為是常數(shù)?！ r為SR
7、M轉子齒數(shù) 由（１）、（２）可得：T(θ,i)=-Tmax*sin(Nrθ)……………………（３）所以，每相繞組產生的基波電磁轉矩是一種空間正弦波，穩(wěn)定零位取決于該相磁極中心線的位置。電磁轉矩是轉子位置θ和相電流的函數(shù)。因此，可以用空間矢量TA代表A相繞組的電磁轉矩，其相位和A相繞組磁極中心線一致。在開關磁阻電機步進運動分析中，旋轉磁場轉矩矢量圖可以使分析形象化，在本文的分析中以（8/6）四相SR電動機為例，如圖1。圖1SRM旋轉磁場轉矩矢量 對于（８／６）四相SR電動機而言，A相繞組產生的穩(wěn)定零位和B相繞組產生的穩(wěn)定零位錯開一個步進角，在空間按幾何角度15
8、度，若用電角度表示90度
