开关磁阻电机转矩脉动抑制的控制算法研究与仿真文献综述

 2022-09-29 10:42:20

  1. 文献综述(或调研报告):

通常来说抑制开关磁阻电机的方法有两类[1],一类是改善电机结构来实现转矩性能的优化。比如,通过调整开关磁阻电机定转子极数,使转子极数高于定子极数来提高电机运行性能。或者,通过改变改变定转子结构参数来影响气隙,使电机的电感得到优化,从而减小转矩脉动。另一类则是通过改变控制策略来实现性能优化,本课题主要从这方面着手进行研究。

开关磁阻电机常见的控制方法主要是电流斩波和角度位置控制。前者适用于电机低速运行,后者一般在电机转速高于基速的情况下采用[2]。以上两种方法是根据速度来控制电机的开通角,关断角及电流限流幅值,达到控制相电流的目的[3],而没有直接对转矩进行控制,也没有考虑开关磁阻电机内部磁场的非线性和相间转矩控制平滑过渡,因此很难精确控制每一相瞬时转矩[4]。

因此有人提出了转矩分配控制策略,目的是为了解决换相时的转矩脉动问题。它通过调

整相邻两相的转矩,使其两相合成瞬时转矩为一定值,从而实现转矩脉动的抑制[5]。相邻两相转矩使用转矩分配函数确定,这种方法的难点在于转矩分配函数的构建,且使用该方法的控制系统造价较高,在实际应用中动态响应较差[6-7],改变转速或突加突减负载时往往无法实现换相时转矩平滑。

近十几年,这方面的研究除了对传统电流斩波和开通,关断角度进行优化外,还将现代控制、智能控制等先进控制方法应用进来,进行转矩脉动的高效控制。1993年,Buja首次将变结构控制应用与开关磁阻电机控制系统,通过将转矩脉动看作是干扰,电机非线性看作是增益偏差,无需电机的先验特性即可克服转矩脉动问题。与传统控制相比,变结构控制开关磁阻电机的性能被改善,转矩脉动大大减小,系统对参数的变化及干扰不敏感,控制策略容易实现,但是它以开关磁阻电机工作于先行区为前提,忽略了磁饱和及相间耦合的影响[8]。

智能控制在数学本质上属于非线性控制,且具有很强的自学习,自适应能力,能够有效解决具有非线性特性的开关磁阻电机的转矩脉动问题[9]。智能控制主要用于离线与在线学习和优化开关磁阻电机相电流波形,配合适当的电流控制内环以减小转矩脉动,从而实现开关磁阻电机的高性能控制。本课题就打算采用智能控制理论中的模糊控制方法。

典型的模糊控制应用是Sayeed 提出的一种使开关磁阻电机转矩脉动最小化的自适应模糊控制策略。此控制器以位置为输入、相电流为输出,通过实时修改隶属度函数使各相在最合适的区域导通[10-12]。模糊参数的初始值被随机选取,在运行过程中通过实时调整达到最优控制,该控制器的设计不依赖于电机的先验知识,能够适应电机特性的任何变化,对转子位置反馈误差具有较强的鲁棒性,转矩在最大正转矩区域产生,增加了转矩密度,避免了大电流峰值,电机转矩脉动最小。

参考文献:

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