基于转矩分配的开关磁阻电机转矩脉动抑制的研究

转矩脉动是开关磁阻电机亟待解决的问题和研究难点之一,其限制了速度控制性能和位置测量精度的进一步提升。基于转矩分配的开关磁阻电机转矩脉动抑制的理论研究已取得较大进步,但由于电机磁路的非线性,使得在实际应用中转矩很难准确反馈。本文根据电机的实际规格和尺寸,采用Maxwell3D计算出在不同转子位置和相电流下的转矩,建立了转矩-电流逆模型;通过合理地设置开通角、换相重叠角和关断角,简化了程序设计,抑制了反向制动转矩;进而根据转矩分配函数,采用电流闭环对转矩进行间接控制。仿真和实验结果证明了该方法可以有效地减小转矩脉动。     

基于换相重叠角实时变化的SRM转矩脉动抑制控制策略

开关磁阻电机因其特殊的双凸极结构及严重的非线性问题,会导致有很大的转矩脉动存在,严重限制了其应用范围。传统的转矩分配函数受转矩特性和电压限制等影响,在换相期间仍然存在较大的转矩脉动,并且在不同的速度段,受电流变化率及换相周期的影响,在换相重叠角固定时,其转矩脉动现象会更加明显。本文提出一种换相重叠角随转速实时变化的控制策略,通过检测电机运行过程中实际转矩过零点所对应的角度,计算出相对应的换相重叠角,并建立转矩负载-电机转速-换相重叠角之间的查值表,据此可以在不同负载下随着电机转速变化查询最合适的换相重叠角,使开关磁阻电机的转矩脉动最小。最后为了验证该策略的有效性与可行性,以一台3 kW、3相12/8极开关磁阻电机为控制对象进行仿真与实验验证,证明所提方法能够在较宽的速度范围内有效抑制开关磁阻电机的转矩脉动。     

一种正弦补偿型转矩分配函数的SRM转矩脉动抑制策略

针对传统转矩分配函数(TSF)换相区间转矩脉动和峰值电流大的问题,提出一种正弦补偿型TSF,利用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)全局寻优能力,以转矩脉动和铜损耗为优化目标,对参数进行寻优。采用有限元方法计算静态特性曲线,在直线型TSF的换相区间引入正弦补偿曲线,采用NSGA-Ⅱ对不同转速和负载下的导通角θ_on、重叠角θ_ov和系数n进行寻优,基于最优控制参数仿真SRM的正弦补偿型TSF控制系统模型。仿真表明,在转矩脉动和铜损耗降低的同时,正弦补偿型TSF在换相区间的转矩脉动率最高降低62.29%,均方根电流最高降低42.6%。实验表明,正弦补偿型TSF在换相区间的转矩脉动率降低75.57%,峰值电流降低67.29%。     

基于遗传算法和转矩分配函数的开关磁阻电机转矩脉动抑制

开关磁阻电机(SRM)特殊的双凸极结构导致其运行时会产生很强的转矩脉动。传统的转矩分配函数(TSF)控制方法虽然可以在一定程度上起到抑制转矩脉动的作用,但是受到开关频率、功率电源电压值等物理条件的限制,仍会存在较大的转矩脉动。为此,提出了一种基于遗传算法的SRM TSF控制方案。利用遗传算法良好的寻优能力,在指数型TSF控制的基础上,将转矩脉动作为优化目标来寻取最优的开关角。将1台四相8/6极的SRM作为研究对象,搭建了以TMS320F28335为控制核心的试验平台。试验结果验证了基于遗传算法的TSF控制方法可以有效减小SRM的转矩脉动。     

基于电流补偿策略的转矩分配函数法抑制整距绕组分块转子SRM的转矩脉动

整距绕组分块转子开关磁阻电机具有单位铜耗下输出转矩大、损耗低等优点,但转矩脉动大。本文采用余弦TSF控制法即通过控制电机各相电流产生的转矩分量使得低速时整距绕组分块转子开关磁阻电机的输出转矩脉动降低。针对电机转速升高后,由于实际相电流不能跟踪参考相电流,以及关断区间的电流不可控导致电机转矩脉动增大的问题,提出增大或减小其他相的相电流进行补偿的转矩控制策略并进行了分析。仿真和实验结果表明,该电流补偿策略的转矩分配控制法可有效抑制整距绕组分块转子开关磁阻电机的转矩脉动。     

基于模型预测控制的开关磁阻电机转矩脉动抑制方法研究

针对开关磁阻电机(SRM)调速系统提出了一种基于模型预测控制的转矩脉动抑制方法。通过SRM的基本结构和数学模型,分析了其调速控制系统转矩脉动产生机理。基于模型预测控制的基本原理,建立了SRM非线性模型;使用建立的数学模型根据前一时刻和当前时刻的状态量、实时采样的定子绕组相电流和转子位置以及母线电压得到下一时刻的电机转矩值,建立基于转矩脉动大小的目标函数;通过决定功率变换器上下管工作状态的待选序列,结合目标函数得到一个最优的控制序列;并将该控制序列对应的状态值用于SRM预测控制系统中,实现对电机转矩脉动的抑制。仿真和实验结果表明本文提出的调速控制方法对SRM具有较好的调节效果,转矩脉动得到抑制,验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于转矩分配函数在线修正的开关磁阻电机转矩脉动抑制策略

针对开关磁阻电机在换相阶段由于转矩特性、电压限制、转速升高等因素而引起的转矩脉动问题,研究一种基于转矩分配函数在线修正的直接瞬时转矩控制方案。在换相的开始阶段,对前一相绕组的转矩分配函数进行在线正补偿,对后一相绕组的转矩分配函数不做处理;在换相的结束阶段,对后一相绕组的转矩分配函数实现在线负补偿,对前一相绕组转矩分配函数不做处理,从而实现电机在换相阶段总转矩脉动的抑制。为了验证该策略的可行性和有效性,以一台750 W、三相12/8极开关磁阻电机为控制对象进行仿真和实验,结果证实了提出的方案可以有效地抑制转矩脉动。     

基于分段式TSF的开关磁阻电机转矩脉动抑制技术

开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)的双凸极结构导致其运行时产生很强的转矩脉动,采用传统型转矩分配函数(Torque Sharing Function,TSF)时,电流峰值过高,铜耗过大,导致电机效率低,转矩脉动抑制效果不理想。针对这一问题,本文提出了新型分段式TSF,并以转矩脉动系数和电流变化率作为优化目标,利用遗传算法的全局寻优能力,对所提出的新型TSF中的变量参数进行优化,得到最优的TSF曲线及表达式,从而降低转矩脉动。仿真结果表明,本文所提出的新型TSF能够有效降低转矩脉动,同时降低电流峰值,减小铜耗,提高效率。     

开关磁阻电动机转矩脉动抑制方法研究

研究了开关磁阻电动机的转矩分配函数控制法和直接转矩控制法,针对两种控制策略在开关磁阻电动机转矩脉动抑制中的应用进行了建模与仿真研究.结果表明,两种控制方法都能较好地抑制转矩脉动.而直接转矩控制技术能更有效地控制转矩,并更好地改善系统的动静态性能.     

开关磁阻电机调速中转矩脉动最小化的研究

转矩脉动是电动机输出转矩波动较大的一种现象,与正弦波电机相比,由于开关磁阻电机的双凸极结构,它的转矩脉动非常大。开关磁阻电机的单相绕组的磁场分布以及转矩—电流—转子位置角的特性曲线都决定了在电机运行期间转矩脉动的数量。在抑制SRM转矩脉动方面的研究主要是从电机设计和电机控制两个方面进行展开,主要对转矩脉动的起源以及各种消除转矩脉动的方法进行了详细阐述,并结合当前最新的发展趋势进行了介绍。偏重于从电机控制角度来研究转矩脉动的抑制方法。     

基于DITC的开关磁阻电机转矩脉动最小化研究

转矩脉动是开关磁阻电机较为突出的缺点.本文基于直接瞬时转矩控制(DITC)的概念,直接控制瞬时转矩跟随参考转矩,并结合转矩滞环控制器,阐述了减小转矩脉动的控制原理.针对一台3相12/8极开关磁阻电机,建立了Matlab环境下SRM系统的仿真模型.仿真结果和实验结果如实地反映了开关磁阻电机的运行特性,验证了本文所用的直接瞬时转矩控制能有效地减小转矩脉动.     

重复控制的开关磁阻电机转矩脉动抑制策略

针对开关磁阻电机在运行中的转矩脉动问题,提出了一种基于重复控制的开关磁阻电机转矩脉动抑制方法.在具有周期性扰动的控制系统中,重复控制把上一周期的偏差和当前的偏差叠加到被控对象进行控制,以达到高精度的控制效果.在此策略基础上,通过转子位置角估算和滞环电流控制,合理调节转矩大小,使电机转矩在运行中平稳过渡,从而达到抑制其转矩脉动的效果.仿真证实该方法能够有效地抑制开关磁阻电机的转矩脉动.     

开关磁阻电机的转矩分配滑模控制

为解决开关磁阻电机转矩脉动较大的问题,本文提出一种新型转矩控制策略,该策略通过一种简单的转矩分配方法,规划每相的期望转矩,使各相产生的转矩之和始终等于总的期望转矩,采用滑模控制器将转矩误差状态控制在切换面内,平滑系统转矩输出。仿真结果表明,采用本文提出的策略能有效抑制转矩脉动,同时保持转矩快速响应特性和强鲁棒性。     

减小开关磁阻电机转矩脉动的控制策略综述

转矩脉动抑制的研究是近年来开关磁阻电机研究领域的热点之一,电机结构参数的优化设计及合适控制策略的应用是抑制转矩脉动的主要方案.从控制的角度,对减小转矩脉动的各种控制策略的研究状况进行了总结,详细分析了典型控制策略的控制机理,对其优缺点进行了分析比较,并展望了减小开关磁阻电机转矩脉动控制策略的发展趋势.     

An Improved Torque Sharing Function to Minimize Torque Ripple and Increase Average Torque for Switched Reluctance Motor Drives

Abstract—This article presents a novel torque ripple minimization approach based on the genetic algorithm (GA) for the switched reluctance motor (SRM) drives. The fitness function of the GA is designed on the basis of two main optimization criteria. The first optimization criteria; three objectives are defined to optimize commutation angles minimizing torque ripple and copper loss. The second optimization criteria; an objective is defined to eliminate the negative torque which decreases the average torque in SRM drives. The achievement of all objectives depends on the adjusting appropriate the commutation angles of the torque sharing functions (TSF) during the commutation period. All of conventional TSFs are dependent on three different commutation angles, namely turn-on, turn-off, and overlapping. Due to the nonlinear phase inductances of SRM, the delay of current rising and falling time are not unity in overlapping commutation region. To overcome the separation of the incoming and outgoing phase currents during the commutation region, rise angle, and fall angle are used instead of overlapping angle. GA is used to optimize the commutation angles of conventional (sinusoidal) TSF and improved (sinusoidal) TSF. At the same time, the elimination negative torque effects on torque ripple, average torque, and copper loss is investigated.     

基于转矩矢量控制的开关磁阻电机转矩脉动控制

转矩脉动是开关磁阻电动机较为突出的缺点。文章基于电机的线性模型，提出了开关磁阻电动机转矩矢是控制策略，通过控制开关磁阻电动机各相绕组电流－位置曲线，在空间合成多个转矩矢量，以减小转矩脉动，仿真结果表明，这种控制策略不但控制简单，而且能够在低速下有效地抑制开关磁阻电动机转矩脉动。     

5相开关磁阻电机直接转矩控制系统研究

针对5相开关磁阻电机进行了直接转矩控制策略的分析与研究,提出了5相开关磁阻电机10个有效电压空间矢量的构造原则,通过5/2变换得到合成定子磁链,分析了在定子磁链空间的10个区域内,如何选择合适的电压矢量来快速达到磁链和转矩按给定变化的要求,以保证磁链和转矩基本不变,并给出了5相开关磁阻电机直接转矩控制的开关表。对5相开关磁阻电机直接转矩控制进行了仿真,仿真结果表明,这种控制策略能够有效地抑制转矩波动,系统动静态特性良好。