抑制開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)控制方法綜述
吳紅星，趙哲，稽恒，寇寶泉 （哈爾濱工業(yè)大學(xué) 哈爾濱150001）
摘要：開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)較大的振動(dòng)噪聲和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)問(wèn)題制約了其應(yīng)用。為此通過(guò)總結(jié)國(guó)內(nèi)外開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)抑制轉(zhuǎn)矩波動(dòng)控制技術(shù)相關(guān)文獻(xiàn)，分類綜述了降低開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的控制策略，分析和介紹了各控制策略的優(yōu)缺點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)；轉(zhuǎn)矩波動(dòng)；控制策略；綜述
中圈分類號(hào)：TM352; TM301. 2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-6848(2010)01-0078-08
0引 言
開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)雖然具有一系列優(yōu)點(diǎn)，但仍有一些問(wèn)題有待研究，如轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、鐵耗、振動(dòng)、噪聲等。與一般電機(jī)相比，開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)明顯較大，并由此引起電機(jī)噪聲及轉(zhuǎn)速波動(dòng)，從而限制了在某些場(chǎng)合中的推廣應(yīng)用。本文根據(jù)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)控制特點(diǎn)，分析了開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)產(chǎn)生的原因，結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，綜述了抑制開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的控制方法，針對(duì)每種控制方法，闡述了各白的優(yōu)缺點(diǎn)。
1轉(zhuǎn)矩波動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理
根據(jù)磁共能原理，轉(zhuǎn)子在任何位置一相繞組產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩公式如下：
式中，θ為轉(zhuǎn)子方位角；i為相電流；  為磁共能。 定義如圖1所示的磁化藍(lán)線下方的面積為：
在特定的情況下，開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)不受磁飽和影響，自感與相電流無(wú)關(guān)。由于磁鏈φ（θ，i）
可表示成φ（θ，i）=L（θ，i）所以產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為：
由上述可知，在每相繞組恒流情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)刻受到變化的切向電磁力和徑向電磁力的作用。使SRM運(yùn)轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩由脈動(dòng)的切向磁吸力產(chǎn)生。開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較為復(fù)雜，受到許多因素的影響。主要有：電機(jī)本體的雙凸極結(jié)構(gòu)，磁場(chǎng)分布嚴(yán)重非線性，結(jié)構(gòu)參數(shù)非線性。為了維持開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，須不斷切換功率變換器的主開(kāi)關(guān)器件，提供同一方向的電磁力，開(kāi)關(guān)電路供脈沖電流會(huì)產(chǎn)生步進(jìn)磁場(chǎng)，形成波動(dòng)的轉(zhuǎn)矩；用逆變電路作電動(dòng)機(jī)的供電電源，電機(jī)的定子電壓除基波外，還有一系列諧波分量。在諧波影響下，電機(jī)也會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)速出現(xiàn)周期性的渡動(dòng)。
2抑制開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)方法
2.1系統(tǒng)線性化方法
文獻(xiàn)[1]考慮到SRM為耦合非線性多變量系統(tǒng)。Marija Ilic-Spong等人首次將非線性控制的
微分幾何方法應(yīng)用于SRD，對(duì)SRM實(shí)現(xiàn)了非線性狀態(tài)反饋線性化控制，很好地補(bǔ)償了SRM的非線
性特性，解耦了定子相電流在磁阻轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生中的影響，在機(jī)器人的軌跡跟蹤中SRM作為直接傳動(dòng)
執(zhí)行元件取得了優(yōu)良性能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。但是，系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)需要知道電機(jī)的所有參數(shù)，而
且需要全狀態(tài)（轉(zhuǎn)子位置、轉(zhuǎn)速、加速度、定子電流）可測(cè)。
文獻(xiàn)[2]采用單相參考轉(zhuǎn)矩為梯形的轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)，使換向期間的原導(dǎo)通相轉(zhuǎn)矩線性減小，新導(dǎo)通相轉(zhuǎn)矩線性增大，并應(yīng)用非線性轉(zhuǎn)矩控制補(bǔ)償反電勢(shì)與電感的非線性特性，從而使原非線性系統(tǒng)線性化，改善了系統(tǒng)性能，減小了轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。文獻(xiàn)[1-2]都表明，基于線性控制律的反饋線性化控制器比PID控制器能提供更好的動(dòng)、靜態(tài)性能，但是單純基于線性控制律的反饋線性化控制器不足以處理SRM模型中的不確定性，在實(shí)現(xiàn)時(shí)系統(tǒng)性能很難被保證。
為了增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性，文獻(xiàn)[3-4]鐘對(duì)SRM速度跟蹤應(yīng)用，考慮到模型具有不確定性，基于Lyapunov第 |
