開關磁阻電機（Switched Reluctance Motor, SRM）定子上繞有集中繞組，轉子上既無永磁體也無繞組，直接由硅鋼片疊壓而成，因而結構簡單可靠，制作成本低，使其在電力拖動調速系統(tǒng)中具有很強的競爭力和較為廣闊的應用前景。然而，因為電機的雙凸極結構、高度非線性的磁路特性以及分相勵磁的工作方式，開關磁阻電機的輸出轉矩存在較大的脈動，限制了其在伺服等高性能要求場合下的應用。

為解決轉矩脈動問題，國內外學者提出了諸多解決方法，主要包括間接轉矩控制方法和直接轉矩控制方法。間接轉矩控制通過控制磁鏈、電流或者其他電氣量達到間接控制轉矩的目的，系統(tǒng)并無轉矩閉環(huán)。但在高速時，磁鏈或電流難以跟蹤上給定值，并且如何將轉矩給定值精確地轉換為電流或磁鏈給定值是間接控制的難點。

直接轉矩控制（Direct Torque Control, DTC）方法邏輯簡單，直接對輸出轉矩進行滯環(huán)控制，轉矩響應快且轉矩脈動抑制性能良好，因而受到廣泛關注。但傳統(tǒng)直接轉矩控制方法最初應用于感應電機調速，若直接套用于開關磁阻電機則控制原理上會有偏差，性能未必達到最優(yōu)，因而控制算法需要做出適當調整。

文獻[9]在傳統(tǒng)直接轉矩控制基礎上提前預測開通角以控制電流波形，在高速時也能有效抑制轉矩脈動。文獻[10]在原有扇區(qū)基礎上加入3個換相區(qū)間，電壓矢量也調整為9個，使得換相時刻上一相電流迅速下降。

文獻[11]在換相期間維持合成磁鏈矢量幅值恒定，使相電流盡可能全部用于產(chǎn)生正轉矩，提高了轉矩電流比。文獻[12]通過磁鏈查表使得勵磁相在最佳角度關斷，避免相電流延伸至負轉矩區(qū)導致降低電機能量轉換效率。但實際中需要依靠大量的仿真得到不同轉速下的退磁曲線，以制作查找表，降低了該算法的通用性。

在傳統(tǒng)直接轉矩控制方法中，電空間的劃分并不具有明確的實際物理意義，因而在選擇輔助電壓矢量時不能正確反映真實的轉子位置，選擇的結果存在一定的誤差，從而使得轉矩脈動抑制效果受限。

本文在抑制轉矩脈動的同時期望提高電機的轉矩電流比，對直接轉矩控制的扇區(qū)劃分進行針對性優(yōu)化。依據(jù)特殊的轉子位置重新劃分電空間，在此基礎上賦予被特定邊界隔開的各扇區(qū)以實際的工作狀態(tài)，因此各扇區(qū)的寬度以及任務也不再相同。

開關磁阻電機數(shù)學模型目前主要用于確定導通區(qū)間，避免相電流延伸至負轉矩區(qū)或需要用模型預測控制方法預測計算下一時刻電流、轉矩等參數(shù)。而現(xiàn)有數(shù)學模型大多采用余弦函數(shù)、指數(shù)函數(shù)等組合來表示磁鏈，雖考慮到磁路飽和特性，但計算較為復雜，不利于實際應用。

本文將考慮磁路飽和的電機數(shù)學模型用于文獻[23]經(jīng)過優(yōu)化的直接轉矩控制方法，建立相繞組關斷時的電流與轉子位置的函數(shù)關系，在線實時優(yōu)化特定扇區(qū)寬度，從而進一步提高轉矩脈動的抑制效果。仿真和實驗結果表明，采用本文方法能夠有效降低轉矩脈動40%左右。

圖 1 定、轉子相對位置及相電感曲線示意圖

圖2 各相正轉矩區(qū)域

圖3 優(yōu)化后的9個扇區(qū)

結論

本文在傳統(tǒng)直接轉矩控制方法的基礎上，采用重組與優(yōu)化電空間的扇區(qū)，通過在線調節(jié)各扇區(qū)寬度并選擇合適的電壓矢量，從而在SRM抑制轉矩脈動的同時提高了轉矩電流比。針對上述方法，進行了仿真和實驗驗證，得到如下結論：

1）將轉子位置信息與電空間邊界聯(lián)系起來，對每相繞組導通區(qū)域加以限制，避免負轉矩的產(chǎn)生是可行的。

2）通過采用考慮磁路飽和的電流-角度數(shù)學模型來預測特定扇區(qū)寬度，能夠有效抑制相電流延伸至負轉矩區(qū)，從而實現(xiàn)降低轉矩脈動和提高轉矩電流比的目的。

3）通過扇區(qū)的重組和優(yōu)化以及不再對磁鏈進行主動控制等做法，使得電壓矢量選擇更加符合開關磁阻電機的運行特點，控制算法具有邏輯簡單、實施方便等優(yōu)點。