直接瞬时转矩控制的转矩脉动控制器设计案例

针对样机2，采用图7-2b所示的直接瞬时转矩控制系统结构。样机2的转子角周期τ_r=90°，步进角θ_step=30°，各相转矩分配函数均选用正弦型TSF，若考虑到开通角可能提前至θ_on＜0°且一般至多可提前到θ₁处（对样机2而言，θ₁=-14°），则第j相转矩的TSF为

图7-7 基于期望电流跟踪的SR电动机（样机1）转矩脉动控制系统仿真结果

a）起动过程及稳态运行角速度 b）稳态运行时的合成电磁转矩 c）稳态运行时的A相电流

图7-8 采用传统CCC方式的SRD（样机1）仿真结果

a）起动过程及稳态运行角速度 b）稳态运行时的合成电磁转矩 c）稳态运行时的A相电流

TSF以τ_r=90°为周期，三相TSF依次错开30°，任一转子位置处，三相TSF之和均为1。

转速外环控制器采用PID调节器，其输出为参考转矩T_ref，即

式中，e为给定速度与反馈速度之差，取k_p=3，k_i=0.8，k_d=0.0001。

各相TSF与T_ref相乘得各相对应的期望转矩，采用转矩滞环控制使各相转矩跟踪期望转矩，实现转矩脉动最小化。滞环宽度2ΔT取为0.02N·m，各相的转矩反馈信号根据转子位置θ和相电流i采用外推插值方法查转矩-角位置-相电流表即T（θ，i）表获得，而T（θ，i）数据（见图2-44）则基于电磁转矩分区解析表达式（2.6.3节）计算获得。

在上述设计的基础上，建立了基于转矩闭环的SR电动机直接瞬时转矩控制系统仿真模型，如图7-9所示。其中，“torque ripple minimization control”（转矩脉动最小化控制）模块采用了图7-10所示的转矩滞环控制。(www.xing528.com)

在图7-9所示的仿真模型中，设置θ_on=5°，θ_off=35°，θ_ov=9°，给定角速度为30rad/s，负载转矩为TL=1N·m，仿真结果如图7-11所示。在相同负载转矩和相同给定角速度下，采用传统CCC方式（θ_on=5°，θ_off=35°）的仿真结果如图7-12所示。比较图7-11与图7-12可见，与传统CCC方式相比，采用基于转矩闭环的SR电动机直接瞬时转矩控制策略，显著抑制了转矩脉动，尤其是换相期间的转矩脉动得到了大幅降低。

应该指出，传统的TSF法采用固定的开关角度，仅在低速运行区有良好的转矩脉动抑制效果。由式（2-4）可知，随着转速升高，运动电动势增大，对应一定大小的相绕组外加电压，所能获得的相电流随转子位置的最大变化率将减小。若在较高速运行时，相绕组外加电压所能提供的相电流最大变化率达不到跟踪期望电流的要求，TSF法抑制转矩脉动的效果则较差。事实上，如何优化开通角、关断角和TSF设计，提高TSF法的效率和适用的转速范围是SR电动机转矩脉动控制研究的重要课题^{[127，132，142，201]}。

图7-9 SR电动机直接瞬时转矩控制系统仿真模型

图7-10 图7-9中的torque ripple minimization control（转矩脉动最小化控制）模块

图7-11 SR电动机（样机2）直接瞬时转矩控制系统仿真结果

a）起动过程及稳态运行角速度 b）稳态运行时的合成电磁转矩 c）稳态运行时的A相期望转矩 d）稳态运行时的A相反馈转矩

图7-12 采用传统CCC方式的SRD（样机2）仿真结果

a）起动过程及稳态运行角速度 b）稳态运行时的合成电磁转矩 c）稳态运行时的A相转矩