基于微步驱动的开关磁阻电机转矩脉动控制系统

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1、基于微步驱动的开关磁阻电机转矩脉动控制系统

2、第1.lunergingSRM.应控制方案，模糊参数从开始的自由选择到最后调整为最优。文献[2]中采用局部逼近的神经网络，对期望的电流波形进行在线学习，从而实现转矩脉动的最小化。但上述方法并没得到广泛的实际应用，其原因主要是其控制方案复杂，难以实时控制。本文中通过借鉴步进电机细分驱动技术，结合分析SRM矩角特性为本文的控制策略提供理论上的依据，并在实验过程中验证了控制策略的实效性，达到实验的目的，有效地减小转矩脉动，并使噪声大大减小。2、微分驱动的原理在步进电机的驱动控制中，将电机绕组中的电流对应各个平衡位置进行细分，由常规的矩形波供电改成阶

3、梯波供电，绕组中的电流经过若干个阶梯上升到额定值或者从额定值经过若干个阶梯下降到零。经过细分后，驱动电流的变化幅度大大减小。故转子到达平衡位置时的过剩能量也大为减少；另一方面，控制信号的频率提高了N倍（细分数），故可远离转子的低频谐振频率。因此，运用细分驱动不仅能使电机运行平稳，而且还能减弱或消除振荡引起的低频噪声。从上述可以看出，步进电机的细分实质是在电机各相绕组的电流切换时代替原来的绕组电流直接通断的方法。对于SRM而言，其工作原理与大角度步进电动机相似，定子磁动势在空间以一个较大的步进角步进运行，由此我们考虑到在SRM驱动中是否也可以借鉴步进电机细分驱动的思想，在换相时细分绕组电

4、流使通过绕组的电流阶梯变化，通过控制各相电流的大小使绕组转矩矢量在转子的各平衡位置保持大小基本恒定，即减小了转矩脉动。3、SRM转矩矢量控制原理在SRM矩角特性分析中，若忽略磁路的非线性因素影响，电磁转距可表示为：式中L为SRM相绕组的直感，忽略高次谐波，相绕组自感为：式中：L0、L1为自感的恒定分量和基波分量的幅值，可以认为是常数。Nr为SRM转子齿数由（1）、（2）可得：T(θ,i)=-Tmax*sin(Nrθ)……………………（3）所以，每相绕组产生的基波电磁转矩是一种空间正弦波，稳定零位取决于该相磁极中心线的位置。电磁转矩是转子位置θ和相电流的函数。因此，可以用空间矢量TA代表

5、A相绕组的电磁转矩，其相位和A相绕组磁极中心线一致。在开关磁阻电机步进运动分析中，旋转磁场转矩矢量图可以使分析形象化，在本文的分析中以（8/6）四相SR电动机为例，如图1。图1SRM旋转磁场转矩矢量对于（8／6）四相SR电动机而言，A相绕组产生的稳定零位和B相绕组产生的稳定零位错开一个步进角，在空间按几何角度15度，若用电角度表示90度。如规定转子顺时针方向旋转为正转，则只要按A-B-C-D的顺序依次给各相绕组供电，开关磁阻电动机的转子以步进角15度一步一步的正转。假定忽略电动机的互感，允许将转矩进行矢量相加，即得到图1所示的旋转磁场转矩矢量，其中TAB、TBC、TCA和TAD称为派生

6、转矩矢量，表示两相同时供电的合成转矩；TA、TB、TC、TD称为基本转矩矢量，他们相位取决于定子磁极中心线的空间位置，表示一相单独供电时的转矩，相临两个转矩错开步进角3.75度。派生转矩和基本转矩的关系可表示为下列向量形式：TAB=TA+TB…………………………（4）派生转矩矢量的相位可以通过对绕组电流幅值的控制加以调节，使它出现在基本转矩矢量之间的任何相位上，采用控制绕组电流的办法增加SRM的每转步数，提高分辨率，减小转矩脉动。随着电动机每转细分步数的增加，可供选择的最佳离散电流波形为正弦函数波形，如果能够控制各相绕组的电流为正弦波，则实现SRM的连续控制。4、微分驱动在SRM控制系

7、统中的实现由以上对(8/6)SRM转矩控制原理的分析可知，开关磁阻电机细分驱动的核心就是为了实现转矩矢量幅值相等，控制相绕组电流跟随给定转速对应的给定电流大小，使实时转速保持在给定转速误差范围内，从而有效减小了转矩的脉动。同时导通的两相绕组电流可表示为下式，式中为合成矢量对应的电流大小：ia=Im*cosθ；ib=Im*sinθ；………………………………………（5）则合成电流矢量i（以ia为参考）：i是一个以Im为幅值，－θ为辐角的矢量。这样，由式（1）、（6）可知，每当θ的值发生变化时，合成的矢量转过一个相应的角度，且幅值大小保持不变，实现了恒力矩的细分驱动。利用式（5）可得到细分后

8、通电相电流数据。所以要控制转矩必须控制电流，而控制电流是以控制P功率变换器输出脉宽被调制的功率开关信号为直接控制量，使实际输出电流按阶梯波电流变化。因此SRM的微分驱动要靠控制P的占空比来实现。用下式表示加在导通相绕组的P信号的占空比：Ya＝Y*cosθ；Yb＝Y*sinθ；……………………………………（7）上式中：Y为占空比幅值；Ya，Yb分别为Y在通电相绕组的分量；θ为转矩角；（7）式中的占空比幅值Y与速度闭环中的给定速度通过量化换算得出线