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1.4.2 控制策略对转矩脉动抑制影响研究现状

目前双凸极电机调速系统中,减小转矩脉动的控制策略主要有以下4种控制方式,如图1.24所示。

图1.24 双凸极电机转矩脉动主要控制策略

(1)电流斩波和角度位置控制

传统控制下的转矩脉动抑制DSPM的驱动控制,传统的控制方法一般为电流斩波和角度位置控制。而电流斩波控制的实现原理一般有脉宽调节、电流幅值钳位、电流限值与关断时间调节等方法。在DSPM一相导通区间内将电流的有效值钳制在某一电流值附近。角度位置控制与前者相比,主要是采用调节开通角的大小来实现电机高速运行时的转速控制,而此刻DSPM一般处于恒功率运行特性区。针对单幅斩波控制存在的缺点,参考文献[86]就其转子斜槽式DSPM在传统的单幅斩波PWM方式的基础上进行改进,采用轮换单斩,该方法在降低转矩脉动上起到一定作用,但相间转矩过渡是否平滑未考虑,不过可避免传统单斩控制造成的局部过热问题,且对电机运行系统的效率和可靠性都有提升。

(2)变结构控制

变结构控制因其精准识别、响应迅速的控制过程被广泛应用在各工业控制领域。该方法在电机控制领域应用一般选取转矩抖动量作为扰动量,而电机的强耦合模型视为增益差,不需要事先对电机的运行原理进行分析就可解决DSPM转矩脉动,其控制原理如图1.25所示。与传统控制对比,变结构控制对电机性能有良好的改善作用,系统对于参数的变化造成的干扰不灵敏,而且电机控制简单。但控制的前提是处于DSPM磁线性区,未考虑电机内部耦合性饱和现象。

图1.25 DSPM变结构控制系统

参考文献[87]试图消除SRM的转矩脉动问题。为了实现控制力脉动,选择相电压作为控制变量,通过滑模控制来选择合适的相电压,以便为每个相产生预先定义的参考转矩。该文中通过仿真分析不同滑模函数选择下电机的性能,说明选择合适的误差函数导数可以有效地消除转矩脉动。参考文献[88]针对SRM提出了一种基于滑模变结构法的转矩脉动最小化方法,先通过控制器并依据转速误差得到电机总参考转矩,再获得期望相转矩。通过转矩分配函数,计算出期望相转矩与实际电磁转矩之间的偏差,然后经PI调节器得到期望相电流,最后在电流滞环控制下,实际相电流可以精确地跟踪期望相电流。仿真结果表明,电机低速、高速运行时转矩脉动系数均降低。

(3)转矩分配控制

参考文献[89]提出了一种离线TSF(转矩分配函数)用于降低SRM宽转速范围内的转矩脉动。离线TSF由两个具有Tikhonov因子的目标函数构成,即最小化相电流(铜耗)的2次方和参考电流的导数(磁链变化率)。该文中将具有不同Tikhonov因子的TSF与传统的线性、3次方和指数TSF进行了比较,分析了它们的磁特性在线性区和饱和区工作时的效率和转矩-转速性能。然后,依据设计标准通过权衡铜耗和转矩速度性能要求来选择Tikhonov因子。通过对三相2.3kW、12/8极SRM的仿真和实验来验证离线TSF的性能。结果表明,在不增加铜耗的情况下,该文提出的离线TSF能够显著降低SRM的转矩脉动。参考文献[90]提出了一种新的TSF来减小SRM的转矩脉动。其中关于TSF的优化准则主要包括最小铜耗和最大磁链变化率。此外,该文中还提及了一种新的TSF方法,即以最佳的TSF满足次要目标。同时,基于Matlab/Simulink来建立动态仿真模型。其结果表明,与低速控制相比,高速控制下的转矩脉动可以更明显地减小。转矩分配控制策略原理如图1.26所示。

图1.26 SRM转矩分配控制策略原理图

(4)直接转矩控制

由于SRM在运行时存在较大的转矩脉动,有鉴于交流电机的直接转矩控制,有学者提出了直接转矩控制思想,其将磁链的大小和旋转速度作为控制量,进而实现SRM的直接转矩控制。由于SRM的转矩脉动本身较大,而直接转矩控制策略可以将转矩脉动限制在一定的范围内,从这一点来说,直接转矩控制方法可以有效地减小电机的转矩脉动。但由于缺乏对SRM导通角度的限制,使得运行时部分相电流进入电感下降区域,导致负转矩的产生,造成运行效率降低。直接瞬时转矩控制策略取消了磁链闭环,将期望转矩与瞬时转矩进行比较,依据其误差与给定开关角度来选择合适的电压矢量,对电机的所有激励相施加开关信号,达到抑制转矩脉动的目的。 4QwBTdmjKWdnu2K1je9tcaC0u5rIOtBoKapL2KBjB1RqqmJ5E6ylxliV4Ekb6U2G

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