李孟秋，朱慧玉，高 天，沈仕其，徐宇峰

(湖南大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410082)

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)(Switched Reluctance Motor，SRM)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、制造成本低、調(diào)速性能優(yōu)越等諸多優(yōu)良性能,具有與其他類(lèi)型電動(dòng)機(jī)競(jìng)爭(zhēng)的潛在優(yōu)勢(shì),被認(rèn)為是未來(lái)具有很強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的一種調(diào)速電動(dòng)機(jī)[1]。但由于SRM自身的雙凸極結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其具有時(shí)變的非線(xiàn)性電磁特性，會(huì)帶來(lái)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲、振動(dòng)等問(wèn)題[2]，使其無(wú)法廣泛應(yīng)用于傳動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)中。為了降低SRM的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，國(guó)內(nèi)外研究人員采取了多種控制策略，如轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)(Torque Sharing Function,TSF)控制策略[3]、直接轉(zhuǎn)矩控制[4]、電流預(yù)測(cè)控制[5]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制[6]、自適應(yīng)控制[7]等。文獻(xiàn)[8]采用遺傳算法，在指數(shù)型TSF的基礎(chǔ)上對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化，有效地降低了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，對(duì)于轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)起到了很好的抑制作用，未對(duì)銅耗、轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速等指標(biāo)進(jìn)行綜合考慮。文獻(xiàn)[9]提出了對(duì)銅耗和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)綜合優(yōu)化控制的概念，以銅耗作為次級(jí)優(yōu)化目標(biāo)從TSF族中得到最優(yōu)的TSF，改善了系統(tǒng)整體的性能。文獻(xiàn)[10]在指數(shù)型TSF的基礎(chǔ)上，以轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和銅耗最小化為目標(biāo)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，降低了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。文獻(xiàn)[11]在直線(xiàn)型TSF的基礎(chǔ)上，提出了二次型補(bǔ)償曲線(xiàn)，并以電流變化率和銅耗為優(yōu)化目標(biāo)得到最優(yōu)TSF，有效地降低了峰值電流。文獻(xiàn)[12]利用Tikhonov 參數(shù)建立以電流變化率和銅耗為目標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)，得到了多參數(shù)的TSF，有效地減少了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)與峰值電流。文獻(xiàn)[13]利用電機(jī)磁鏈特性，建立以銅耗為目標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)，得到了單參數(shù)的TSF，有效地減少了銅耗和計(jì)算時(shí)間。

雖然以上文獻(xiàn)在一定程度上或降低了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，或減少了電機(jī)的銅耗，但在電機(jī)實(shí)際運(yùn)行中，需要綜合考慮峰值電流、電流可控性、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和電機(jī)效率等因素，并根據(jù)電機(jī)運(yùn)行速度的需要，選取適當(dāng)?shù)目刂扑惴?。本文在傳統(tǒng)TSF基礎(chǔ)上，根據(jù)SRM的非線(xiàn)性磁鏈特性，建立以瞬時(shí)相電流為優(yōu)化對(duì)象的目標(biāo)函數(shù)。利用遺傳算法對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行迭代計(jì)算，得到了參考電流曲線(xiàn)。在不同轉(zhuǎn)速條件下，以銅耗或轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)為優(yōu)化目標(biāo)，利用遺傳算法對(duì)權(quán)重參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到最優(yōu)的參考電流曲線(xiàn)。仿真和實(shí)驗(yàn)論證結(jié)果表明，該方法在較低轉(zhuǎn)速時(shí)能有效減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、在較高轉(zhuǎn)速時(shí)能更好地降低銅耗，比傳統(tǒng)TSF效率更高，換相期間的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)更小。

1 TSF

1.1 傳統(tǒng)TSF方法

TSF通過(guò)配置函數(shù)fk(θ)，將總參考轉(zhuǎn)矩分配給當(dāng)前時(shí)刻位于不同位置的相位k，作為相參考轉(zhuǎn)矩。由此可以推導(dǎo)出TSF的解析式，如式(1)、式(2)所示。

Tk(θ)=Treffk(θ)

(1)

(2)

式中,Tref為總參考轉(zhuǎn)矩；Tk為第k相的參考轉(zhuǎn)矩,θon、θoff、θov分別為開(kāi)通角、關(guān)斷角、重疊角。由式(2)可知，選取合適的frise和ffall函數(shù)可以使電機(jī)在換相區(qū)間輸出恒定的轉(zhuǎn)矩。

傳統(tǒng)的直線(xiàn)型TSF如圖1所示。TSF的性能可以通過(guò)以下3個(gè)方面進(jìn)行評(píng)估：① 電機(jī)運(yùn)行在導(dǎo)通區(qū)間所產(chǎn)生的銅耗；② 電機(jī)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；③ 電機(jī)運(yùn)行的效率。

圖1 直線(xiàn)型TSF

1.2 TSF的評(píng)估指標(biāo)

由于SRM的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，電機(jī)的銅耗可以用電流有效值表示，即在導(dǎo)通周期內(nèi)瞬時(shí)相電流積分的均方根表示，如式(3)所示。

(3)

式中，IRMS為繞組電流的有效值；I為繞組電流的瞬時(shí)值。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，即由轉(zhuǎn)子位置改變引起繞組中磁鏈變化的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。在低速時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的影響很小，可以忽略不計(jì)。高速時(shí)，由于此時(shí)轉(zhuǎn)速較大，則反電動(dòng)勢(shì)對(duì)磁通的影響不能被忽略。

忽略繞組電阻的影響，由SRM電路方程可以推導(dǎo)出式(4)，并可以得到電機(jī)轉(zhuǎn)速與繞組磁鏈變化率之間的關(guān)系。

(4)

式中，Uk為繞組電壓；ω為電機(jī)轉(zhuǎn)速；λ為電機(jī)的磁鏈；I為繞組電流。由式(4)可知，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，磁鏈的變化率?λ/?θ降低，而為了滿(mǎn)足參考轉(zhuǎn)矩，則勢(shì)必要增加繞組上的電流。這一方面將導(dǎo)致更高的銅耗；另一方面，轉(zhuǎn)速越高，繞組通電周期越短，運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)就越大，電流沒(méi)有充足的時(shí)間到達(dá)給定值，無(wú)法滿(mǎn)足參考轉(zhuǎn)矩，從而失去了轉(zhuǎn)矩分配的有效性，使得電機(jī)在換相期間產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

如式(5)所示給出了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的定義：轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)可表示為電機(jī)導(dǎo)通期間瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)積分的均方根。

(5)

SRM的效率為有用功率與總功率之比。

(6)

在轉(zhuǎn)速恒定且外加電壓不變的情況下，式(6)可以簡(jiǎn)化為平均轉(zhuǎn)矩與繞組電流有效值的正比例函數(shù)：

(7)

式中，U，I，η，m分別為外加電壓、母線(xiàn)電流、效率、比例系數(shù)。

2 新型TSF

在本節(jié)中，提出一種新型轉(zhuǎn)矩分配方法。通過(guò)結(jié)合電機(jī)的磁鏈特性和轉(zhuǎn)矩特性，將轉(zhuǎn)矩分配問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)最優(yōu)化求解問(wèn)題。并通過(guò)離線(xiàn)求解該問(wèn)題，得到滿(mǎn)足最優(yōu)條件的TSF。

由式(3)可知，銅耗與瞬時(shí)相電流成正相關(guān)，而在電流換相區(qū)，存在多相電流同時(shí)產(chǎn)生銅耗，為了最大限度地降低銅耗并降低計(jì)算難度，本文以瞬時(shí)相電流為優(yōu)化目標(biāo)在換相區(qū)間建立最優(yōu)化問(wèn)題模型。

在換相區(qū)間，繞組上同時(shí)存在開(kāi)通相電流和關(guān)斷相電流。由于關(guān)斷相需要一定退電流的時(shí)間，使得關(guān)斷相電流過(guò)大時(shí)產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩。本文通過(guò)引入權(quán)重參數(shù)σ抑制關(guān)斷相電流，建立的最優(yōu)化目標(biāo)表示為

(8)

式中，Ik和Ik-1分別為位于電流重疊區(qū)間繞組上的開(kāi)通相電流和關(guān)斷相電流；J為目標(biāo)函數(shù)的目標(biāo)值。在求取最小的J的過(guò)程中，隨著σ增大，放大了關(guān)斷相電流對(duì)目標(biāo)函數(shù)結(jié)果的影響，為了使J最小，關(guān)斷相電流隨之減小，達(dá)到抑制關(guān)斷相電流的效果。

而且相電流的優(yōu)化跟蹤必須考慮以下3個(gè)約束。

① 由于不同電機(jī)具備不同的電流承受能力，使得電流不能無(wú)限制的增大，所以電流應(yīng)處在電流額定范圍內(nèi)，即

0≤Ik,k-1≤Irated

(9)

式中,Irated為電流額定值。

② 優(yōu)化函數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足轉(zhuǎn)矩特性，即

Tref=T(Ik,θk)+T(Ik-1,θk-1)

(10)

其中，總參考轉(zhuǎn)矩Tref由開(kāi)通相和關(guān)斷相提供；相轉(zhuǎn)矩T(I,θ)是轉(zhuǎn)子位置和相電流的函數(shù)，通過(guò)查表法可進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢(xún)處理，T(I,θ)曲線(xiàn)如圖2所示。

圖2 SRM的T(I,θ)曲線(xiàn)

③ 聯(lián)立電機(jī)電壓方程和磁鏈特性，可以得到SRM的動(dòng)態(tài)特性，以確保跟蹤當(dāng)前電流模型。

(11)

式中，U，R，I，λ，Δt分別為電源電壓、繞組電阻、相電流、磁鏈和采樣時(shí)間。這個(gè)條件使得產(chǎn)生電流的相電壓在閾值電壓的范圍內(nèi)，并在采樣時(shí)間內(nèi)限制電流變化率。當(dāng)此約束與其他約束同時(shí)滿(mǎn)足時(shí)，可以在磁鏈限制范圍內(nèi)跟蹤電流基準(zhǔn)，使轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)可動(dòng)態(tài)控制相位電壓，使電流變化率與參考電壓變化率相匹配。為了得到更好的電流跟蹤效果，本文采用了電流預(yù)測(cè)控制方式跟蹤參考電流，進(jìn)一步降低由于電流跟蹤效果差導(dǎo)致的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

因遺傳算法具備計(jì)算簡(jiǎn)單、全局尋優(yōu)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，本文采用多重嵌套的遺傳算法計(jì)算該最優(yōu)化問(wèn)題，得到具有最優(yōu)結(jié)果的參考電流剖面及相對(duì)應(yīng)的權(quán)重參數(shù)。

3 權(quán)重參數(shù)的選擇

為了降低銅耗并滿(mǎn)足參考轉(zhuǎn)矩的需求，需在能產(chǎn)生極大轉(zhuǎn)矩的相位產(chǎn)生激勵(lì)電流。而對(duì)齊位置之前的激勵(lì)電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于該位置之后的激勵(lì)電流。因此，當(dāng)激勵(lì)電流的相位越超前時(shí)，電機(jī)銅耗就越高；但是在對(duì)齊位置后激發(fā)相位，將會(huì)導(dǎo)致負(fù)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生。這表明，在選取激發(fā)相位時(shí)應(yīng)結(jié)合獲取最低銅耗和減少負(fù)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生這兩種需求選擇平衡點(diǎn)。隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，將會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)通周期變短、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增大等情況出現(xiàn)，使得實(shí)現(xiàn)這種平衡變得愈發(fā)困難。

本文在目標(biāo)函數(shù)中引入權(quán)重參數(shù)σ，增加了選取激發(fā)相位的靈活性。隨著σ值的增大，目標(biāo)函數(shù)中的關(guān)斷相電流會(huì)受到更大的抑制作用，進(jìn)一步降低關(guān)斷相在對(duì)齊位置附近的轉(zhuǎn)矩。圖3和圖4為在12/8極SRM仿真模型上設(shè)定Tref=4 N·m、轉(zhuǎn)速在100 r/min和600 r/min(高速)的情況下，不同σ條件下的電流曲線(xiàn)和相轉(zhuǎn)矩波形，電流限幅為60 A。

由于較高的σ值會(huì)抑制關(guān)斷相電流，為滿(mǎn)足優(yōu)化約束(式(9))，將導(dǎo)致導(dǎo)通相電流加大；為了使導(dǎo)通相電流增大，則需超前激發(fā)相位。簡(jiǎn)而言之，增加σ會(huì)導(dǎo)致激發(fā)相位提前。為了使得電機(jī)可以根據(jù)需求在高轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，應(yīng)提前激發(fā)相位。

分析圖3和圖4可知，電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，為了得到滯后的參考勵(lì)磁電流，應(yīng)選取一個(gè)較低的σ值，從而獲得較低的峰值電流并降低銅耗；在高速運(yùn)行時(shí)，為了提前激發(fā)相位，需要選取一個(gè)較大的σ值，從而抑制負(fù)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生。

圖4和圖3對(duì)比可得，相電流在高速時(shí)的變化率顯著低于其在低速時(shí)的變化率。這是由于在本文所提出的最優(yōu)化問(wèn)題中，將電機(jī)磁鏈特性作為約束條件，從而限制電流變化率，增強(qiáng)電流跟蹤能力。而電機(jī)運(yùn)行在高速時(shí)，電流變化率較低，如果沒(méi)有選取足夠高的σ值使得激發(fā)相位超前，則會(huì)產(chǎn)生電流拖尾的現(xiàn)象，使得退電流過(guò)程在負(fù)轉(zhuǎn)矩區(qū)工作，導(dǎo)致負(fù)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生。

圖3 轉(zhuǎn)速為100 r/min、Tref=4 N·m時(shí)的數(shù)據(jù)

圖4 轉(zhuǎn)速為600 r/min，Tref=4 N·m時(shí)的數(shù)據(jù)

將上述所得的參考電流曲線(xiàn)用于仿真，比較不同σ下的銅耗與轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，可以獲取到Tref=4 N·m、不同轉(zhuǎn)速下的輸出結(jié)果，如表1所示。

表1 不同轉(zhuǎn)速下σ對(duì)TSF動(dòng)態(tài)特性的影響

由于電機(jī)模型實(shí)際電機(jī)之間存在誤差，使得輸出數(shù)據(jù)也會(huì)有些許偏差。由表1可以看出，低速時(shí)，為了使銅耗最小，σ的取值范圍應(yīng)在0.2～5之間，并使得轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小。轉(zhuǎn)速較高時(shí)，σ的取值應(yīng)大于5，從而在電機(jī)承受范圍內(nèi)減少負(fù)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生。

值得注意的是，當(dāng)σ值增大時(shí)，激發(fā)相位提前且峰值電流將隨之增大，如表1所示。這是由于未對(duì)齊位置附近的轉(zhuǎn)矩變化率很低，需要極大的激發(fā)電流才能滿(mǎn)足Tref。因此，除了要考慮銅耗之外，還需根據(jù)電機(jī)的實(shí)際限制和電機(jī)驅(qū)動(dòng)的具體要求，為選取最佳參考電流曲線(xiàn)附加限制。為了選取較為精確的σ，本文采用遺傳算法對(duì)σ進(jìn)行篩選。

4 仿真與分析

為了驗(yàn)證TSF，本文搭建了額定功率為1.5 kW的12/8極SRM的電機(jī)模型，并對(duì)此進(jìn)行了仿真分析，選取Tref=4 N·m。

為了驗(yàn)證本文所提出的新型TSF的性能，將該TSF與傳統(tǒng)TSF在相同條件下進(jìn)行了對(duì)比分析。

4.1 新型TSF的參數(shù)識(shí)別和性能評(píng)估

對(duì)于新型TSF，本文在轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩恒定的條件下，使用遺傳算法多次迭代，獲取滿(mǎn)足約束條件的σ值及參考電流，控制框圖如圖5所示。

圖5 SRM控制框圖

采用遺傳算法為外部循環(huán)優(yōu)化算法，將當(dāng)前參考轉(zhuǎn)速、參考轉(zhuǎn)矩、輸出銅耗及對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)作為遺傳算法的輸入端，并將新型TSF作為優(yōu)化目標(biāo)，得到當(dāng)前轉(zhuǎn)速與參考轉(zhuǎn)矩下的不同σ及其最優(yōu)I(θ)曲線(xiàn)族。

將所得到的σ對(duì)應(yīng)的I(θ)作為σ篩選算法的輸入端；并根據(jù)當(dāng)前轉(zhuǎn)速的不同，設(shè)置對(duì)應(yīng)的篩選條件：低速時(shí)以轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小為篩選條件，高速時(shí)以銅耗最小為篩選條件，從而得到最優(yōu)參考電流曲線(xiàn)。

4.2 電流跟蹤

本文采用電流預(yù)測(cè)控制方式進(jìn)行電流跟蹤，并對(duì)比了不同轉(zhuǎn)速、不同權(quán)重下的電流跟蹤效果。

如圖6、圖7為采樣頻率為10 kHz條件下，分別在100 r/min和600 r/min轉(zhuǎn)速下,權(quán)重參數(shù)不同時(shí)的電流跟蹤效果。

圖6 轉(zhuǎn)速為100 r/min時(shí)電流跟蹤曲線(xiàn)

圖7 轉(zhuǎn)速為600 r/min時(shí)電流跟蹤曲線(xiàn)

由圖6可知，采用電流預(yù)測(cè)控制跟蹤電流后仿真的輸出電流與參考電流曲線(xiàn)在低速情況下基本相同，其跟蹤誤差并不隨σ變化而變化。對(duì)比圖6和圖7可知，隨著轉(zhuǎn)速的升高，參考電流曲線(xiàn)也會(huì)相應(yīng)地限幅，加強(qiáng)電流跟蹤效果。

4.3 新型TSF的動(dòng)態(tài)仿真

當(dāng)Tref=4 N·m、采用電流預(yù)測(cè)控制跟蹤電流且轉(zhuǎn)速分別為100 r/min和600 r/min時(shí)，采用傳統(tǒng)TSF和新型TSF之間的數(shù)據(jù)對(duì)比如表2所示。

根據(jù)表2數(shù)據(jù)分析可得，在較低轉(zhuǎn)速時(shí)傳統(tǒng)TSF中余弦型TSF具備較低的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，且新型TSF的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)略低于余弦型TSF的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，此時(shí)σ=1；而在較高轉(zhuǎn)速下，傳統(tǒng)TSF方法中余弦型TSF具備最低的IRMS，且新型TSF的銅耗略低于余弦型TSF，此時(shí)σ>5。

表2 不同轉(zhuǎn)速下不同TSF曲線(xiàn)的電機(jī)特性

轉(zhuǎn)速為100 r/min時(shí)，采用直線(xiàn)型TSF的相電流與總轉(zhuǎn)矩如圖8(a)所示，新型TSF的相電流和總轉(zhuǎn)矩如圖8(b)所示。

圖8 100 r/min時(shí)不同TSF的仿真對(duì)比

由圖8可知,采用新型TSF控制結(jié)合電流預(yù)測(cè)控制相較于直線(xiàn)型TSF控制可以在較低轉(zhuǎn)速有效地抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，加強(qiáng)電流跟蹤效果，并且降低換向期間的電流峰值，使得電機(jī)在較低轉(zhuǎn)速下既能降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，也可以提高效率。

轉(zhuǎn)速為600 r/min時(shí)，采用余弦型TSF的相電流與總轉(zhuǎn)矩如圖9(a)所示，新型TSF的相電流和總轉(zhuǎn)矩如圖9(b)所示。

由圖9可知采用新型TSF控制結(jié)合電流預(yù)測(cè)控制相較于余弦型TSF控制方式可以在較高轉(zhuǎn)速下加強(qiáng)電流跟蹤效果，并且降低換向期間的電流峰值，提高了效率。

圖9 600 r/min時(shí)不同TSF的仿真對(duì)比

5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

該方法在額定功率1.5 kW的12/8極三相SRM上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，其中直流電源電壓US為72 V、開(kāi)關(guān)頻率為10 kHz、磁粉制動(dòng)器的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為4 N·m。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖10所示，主控芯片為T(mén)MS320F28335的DSP控制系統(tǒng)。分別在電機(jī)轉(zhuǎn)速100 r/min和600 r/min的情況下，對(duì)新型TSF和傳統(tǒng)TSF進(jìn)行對(duì)比性實(shí)驗(yàn)。

圖10 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

轉(zhuǎn)速為100 r/min時(shí)，采用直線(xiàn)型TSF的相電流與總轉(zhuǎn)矩如圖11(a)所示，新型TSF的相電流和總轉(zhuǎn)矩如圖11(b)所示；轉(zhuǎn)速為600 r/min時(shí)，采用余弦型TSF的相電流與總轉(zhuǎn)矩如圖12(a)所示，新型TSF的相電流和總轉(zhuǎn)矩如圖12(b)所示。

由圖11可以明顯看出，在100 r/min時(shí)，采用新型TSF的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)要低于采用傳統(tǒng)TSF。而在圖12中，傳統(tǒng)TSF的峰值電流為62 A，新型TSF的峰值電流為38.2 A，銅耗有所減小。

圖11 100 r/min時(shí)不同TSF的實(shí)驗(yàn)對(duì)比

圖12 600 r/min時(shí)不同TSF的實(shí)驗(yàn)對(duì)比

圖11、圖12是采用了電流預(yù)測(cè)控制跟蹤的實(shí)驗(yàn)波形，相較于仿真數(shù)據(jù)而言，其相電流幅值在非換向區(qū)較小，這是因?yàn)樵趯?shí)際情況下，電機(jī)的電感系數(shù)會(huì)隨著電機(jī)使用時(shí)間的增加或安裝造成的誤差而改變，與標(biāo)定的電機(jī)參數(shù)存在誤差，使得基于數(shù)據(jù)表的模型預(yù)測(cè)控制的精準(zhǔn)性降低。

Tref=4 N·m時(shí),采用不同TSF的電機(jī)性能如表3所示。

表3 不同轉(zhuǎn)速下不同TSF的電機(jī)性能

根據(jù)實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)論的相對(duì)一致性可知，基于TSF的SRM的效率優(yōu)化方法具備有效性。

6 結(jié)束語(yǔ)

由于SRM在運(yùn)行時(shí)存在電流峰值過(guò)高、電流可控性下降等問(wèn)題，使得銅耗較高、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大。本文提出了一種基于TSF的SRM的效率優(yōu)化方法。依據(jù)SRM的電機(jī)特性獲取新型TSF，并根據(jù)轉(zhuǎn)速變化的需求，綜合考慮后選取轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)與銅耗作為控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而得到最優(yōu)的參考電流曲線(xiàn)，并通過(guò)電流預(yù)測(cè)控制跟蹤參考電流，提高了電流的可控性。仿真和實(shí)驗(yàn)表明，優(yōu)化后的新型TSF可以在較低轉(zhuǎn)速下降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，在較高轉(zhuǎn)速下能有效地提升運(yùn)行效率。但同時(shí)該方法對(duì)電機(jī)參數(shù)較為依賴(lài)，日后在這一方面需進(jìn)行改進(jìn)。