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1、基于微步驅(qū)動的開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動控制系統(tǒng)作者：馬慶強(qiáng)王濟(jì)浩單位：山東大學(xué)控制科學(xué)與控制工程學(xué)院摘要： 轉(zhuǎn)矩脈動是開關(guān)磁阻電機(jī)的主要缺點之一。本文在借鑒步進(jìn)電機(jī)微步驅(qū)動思想的基礎(chǔ)上，通過細(xì)分繞組換相時刻電流使通電繞組在空間合成多個轉(zhuǎn)矩矢量，控制電流大小維持轉(zhuǎn)矩幅值基本恒定，從而減小轉(zhuǎn)矩脈動。本文論述的控制策略在實驗過程中得到認(rèn)證，在減小轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲方面有顯著的成效。關(guān)鍵詞： 開關(guān)磁阻電機(jī)；轉(zhuǎn)矩脈動；細(xì)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(yīng)用系統(tǒng)領(lǐng)域中對各種轉(zhuǎn)速的要求提高了人們對開關(guān)磁阻電機(jī)（簡稱SRM）的興趣。主要原因還是由于SRM具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、運(yùn)行可靠、低速轉(zhuǎn)矩大、簡單的功率轉(zhuǎn)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(jī)相比其轉(zhuǎn)距脈動比較明顯，這就限制了其在伺服傳動系統(tǒng)中的應(yīng)用。為了使SRM能在伺服領(lǐng)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(zhuǎn)矩脈動具有十分重要的意義。在這方面各國學(xué)者做了大量的研究，有人提出按在飽和運(yùn)行時產(chǎn)生近似正弦的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)角靜態(tài)特性來優(yōu)化電動機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并且采用伺服電動機(jī)控制器產(chǎn)生正弦的希望電流/轉(zhuǎn)角分布，以此削弱瞬時轉(zhuǎn)矩脈動。文獻(xiàn)[1]中采用模糊自適emergingSRM.應(yīng)控制方案，模糊參數(shù)從開始的自由選擇到最后調(diào)整為最優(yōu)。文獻(xiàn)[2]中采用局部逼近的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對期望的電流波形進(jìn)行在線學(xué)習(xí)，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動的最小化。但上述方法并沒得到廣泛的實際應(yīng)用，其原因主要是其控制方案復(fù)雜，難以實時控制?！ ”疚闹型ㄟ^借鑒步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動技術(shù)，結(jié)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(dá)到實驗的目的，有效地減小轉(zhuǎn)矩脈動，并使噪聲大大減小。2微分驅(qū)動的原理在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動控制中，將電機(jī)繞組中的電流對應(yīng)各個平衡位置進(jìn)行細(xì)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(jīng)過若干個階梯上升到額定值或者從額定值經(jīng)過若干個階梯下降到零。經(jīng)過細(xì)分后，驅(qū)動電流的變化幅度大大減小。故轉(zhuǎn)子到達(dá)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(xì)分?jǐn)?shù)），故可遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子的低頻諧振頻率。因此，運(yùn)用細(xì)分驅(qū)動不僅能使電機(jī)運(yùn)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(jìn)電機(jī)的細(xì)分實質(zhì)是在電機(jī)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(jìn)電動機(jī)相似，定子磁動勢在空間以一個較大的步進(jìn)角步進(jìn)運(yùn)行，由此我們考慮到在SRM驅(qū)動中是否也可以借鑒步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動的思想，在換相時細(xì)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(zhuǎn)矩矢量在轉(zhuǎn)子的各平衡位置保持大小基本恒定，即減小了轉(zhuǎn)矩脈動。3SRM轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(rèn)為是常數(shù)?！ r為SR
7、M轉(zhuǎn)子齒數(shù) 由（１）、（２）可得：T(θ,i)=-Tmax*sin(Nrθ)……………………（３）所以，每相繞組產(chǎn)生的基波電磁轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩是轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩，其相位和A相繞組磁極中心線一致。在開關(guān)磁阻電機(jī)步進(jìn)運(yùn)動分析中，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)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(jī)為例，如圖1。圖1SRM旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)矩矢量 對于（８／６）四相SR電動機(jī)而言，A相繞組產(chǎn)生的穩(wěn)定零位和B相繞組產(chǎn)生的穩(wěn)定零位錯開一個步進(jìn)角，在空間按幾何角度15
8、度，若用電角度表示90度
