開關磁阻電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、起動電流小以及起動轉(zhuǎn)矩大等諸多優(yōu)點，但電動機特殊的雙凸極結(jié)構(gòu)，使得磁路強非線性。而在開關磁阻電動機運行時，電磁轉(zhuǎn)矩是由各相繞組轉(zhuǎn)矩疊加而成，所以在換相過程中，關斷相上的不可控續(xù)流會造成電動機瞬時轉(zhuǎn)矩脈動，這是其主要缺點之一。

抑制轉(zhuǎn)矩脈動的方法大致可分為兩類：優(yōu)化電動機機體結(jié)構(gòu)和改進控制方法。文獻[1]討論了電動機軛部厚度、轉(zhuǎn)子極距以及定轉(zhuǎn)子間氣隙大小對轉(zhuǎn)矩脈動的影響。相較前者而言，改進控制方案對抑制轉(zhuǎn)矩脈動顯得更有效、更經(jīng)濟。

文獻[2]介紹了電流斬波（current chopping control, CCC），脈寬調(diào)制（pulse width modulation, PWM）以及角度位置控制（angel position control, APC）三種成熟的控制策略，但就轉(zhuǎn)矩脈動的抑制效果而言，還需進一步改進。文獻[3]提出基于Sigmoid函數(shù)的電流斬波方式減小轉(zhuǎn)矩脈動。文獻[4]提出在電動機換相時采用指數(shù)型轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)來抑制轉(zhuǎn)矩脈動。

文獻[5]采用基于徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡（radial basis function, RBF）的開關磁阻電動機（switched reluctance motor, SRM）瞬時轉(zhuǎn)矩控制方法，對跟蹤電流進行最佳控制的學習。文獻[6]提出在合理調(diào)節(jié)開通角和關斷角的基礎上，采用余弦型轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)對轉(zhuǎn)矩脈動進行抑制。

文獻[7]采用改進型直接轉(zhuǎn)矩控制策略，結(jié)果也證明了該方案可有效緩解轉(zhuǎn)矩失控和降低運行噪聲。文獻[8]提出以各相電流為優(yōu)化變量，減小跟蹤轉(zhuǎn)矩誤差的轉(zhuǎn)矩分配方案，但算法復雜實際操作性不強。文獻[9]提出在余弦型不對稱轉(zhuǎn)矩分配（torque sharing function, TSF）控制下，實現(xiàn)不同轉(zhuǎn)速下最優(yōu)參考電流波形，但其轉(zhuǎn)矩補償策略并沒有得到驗證。

文獻[10]采用傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩分配方案，實驗結(jié)果也達到了良好效果。直接瞬時轉(zhuǎn)矩控制（direct instantaneous torque control, DITC）直接以瞬時轉(zhuǎn)矩作為控制量，通過合理設計轉(zhuǎn)矩控制器，能夠有效抑制轉(zhuǎn)矩脈動。

在采用DITC的方式抑制轉(zhuǎn)矩脈動，核心在于電動機運行時能夠得到高精確的瞬時轉(zhuǎn)矩反饋值，本文采用Maxwell 3D建模方案，根據(jù)電動機的實際尺寸和規(guī)格對電動機進行數(shù)學建模，測算出多組在不同轉(zhuǎn)子位置下電動機靜態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)。在此基礎上，合理設計轉(zhuǎn)矩控制器，有效實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動抑制效果。

圖1 電動機模型

圖7 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

結(jié)論

本文通過ANSYS軟件對電動機三維建模仿真出轉(zhuǎn)矩模型，并通過比較實驗測量數(shù)據(jù)驗證了模型的準確性，為基于DITC控制方式的仿真奠定了基礎。根據(jù)電動機的特性與實際經(jīng)驗合理設置了開通關斷角，并以瞬時輸出轉(zhuǎn)矩作為直接控制量，設計優(yōu)化了轉(zhuǎn)矩控制器，在Matlab仿真驗證下，證明了本文所提出的控制方式能夠有效抑制轉(zhuǎn)矩脈動，同時也證明了轉(zhuǎn)矩脈動有效抑制可以有效改善電動機的調(diào)速性能。