開關(guān)磁阻電動機(jī)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(diǎn)，但電動機(jī)特殊的雙凸極結(jié)構(gòu)，使得磁路強(qiáng)非線性。而在開關(guān)磁阻電動機(jī)運(yùn)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(guān)斷相上的不可控續(xù)流會造成電動機(jī)瞬時轉(zhuǎn)矩脈動，這是其主要缺點(diǎn)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(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)和改進(jìn)控制方法。文獻(xiàn)[1]討論了電動機(jī)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(jìn)控制方案對抑制轉(zhuǎn)矩脈動顯得更有效、更經(jīng)濟(jì)。

文獻(xiàn)[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(jìn)一步改進(jìn)。文獻(xiàn)[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(xiàn)[4]提出在電動機(jī)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(xiàn)[5]采用基于徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（radial basis function, RBF）的開關(guān)磁阻電動機(jī)（switched reluctance motor, SRM）瞬時轉(zhuǎn)矩控制方法，對跟蹤電流進(jìn)行最佳控制的學(xué)習(xí)。文獻(xiàn)[6]提出在合理調(diào)節(jié)開通角和關(guān)斷角的基礎(chǔ)上，采用余弦型轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)對轉(zhuǎn)矩脈動進(jìn)行抑制。

文獻(xiàn)[7]采用改進(jìn)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(yùn)行噪聲。文獻(xiàn)[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(fù)雜實(shí)際操作性不強(qiáng)。文獻(xiàn)[9]提出在余弦型不對稱轉(zhuǎn)矩分配（torque sharing function, TSF）控制下，實(shí)現(xiàn)不同轉(zhuǎn)速下最優(yōu)參考電流波形，但其轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償策略并沒有得到驗(yàn)證。

文獻(xiàn)[10]采用傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩分配方案，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也達(dá)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(shè)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(jī)運(yùn)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(jī)的實(shí)際尺寸和規(guī)格對電動機(jī)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，測算出多組在不同轉(zhuǎn)子位置下電動機(jī)靜態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，合理設(shè)計轉(zhuǎn)矩控制器，有效實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動抑制效果。

圖1 電動機(jī)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(jī)三維建模仿真出轉(zhuǎn)矩模型，并通過比較實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性，為基于DITC控制方式的仿真奠定了基礎(chǔ)。根據(jù)電動機(jī)的特性與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)合理設(shè)置了開通關(guān)斷角，并以瞬時輸出轉(zhuǎn)矩作為直接控制量，設(shè)計優(yōu)化了轉(zhuǎn)矩控制器，在Matlab仿真驗(yàn)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(jī)的調(diào)速性能。