基于新型控制策略的SRD性能優化問題

1993 年,G S Buja 首次將變結構控制應用于SRD[2]，通過將轉矩脈動看作干擾，將非線性看作增益偏差，無需電機的先驗特性即可克服SRD 中的問題，系統結構如圖3所示。與傳統控制下的SRD相比，變結構控制SRD 的性能被改善，轉矩脈動大大減小，系統對參數變化及干擾不敏感，控制策略容易實現。但是它以SRD工作于SRM磁特性線性區為前提，忽略了磁飽和及相間耦合的影響。

3.2 模糊智能控制

智能模糊控制在數學本質上是一種從輸入到輸出的非線性映射關系，具有很強的自學習、自適應能力，非常適合于SRD控制。文獻[3]以轉矩脈動最小為目標，采用自適應模糊控制策略。系統如圖4所示，控制器以轉矩和位置角為輸入，以相電流為輸出。控制器每隔一個采樣周期對當前轉子位置和觀測轉矩進行采樣，由期望轉矩和觀測轉矩形成轉矩誤差，依照學習算法實時改變隸屬度函數，不斷調整控制器的輸出，即調整期望電流。控制器不依賴于電機的任何先驗知識，能夠適應電機的任何變化，對轉子位置反饋誤差具有較強的魯棒性。神經網絡具有自學習和任意逼近非線性函數的能力，通常神經網絡的訓練速度比較慢，不能滿足實時控制要求。文獻[4]利用基于局部逼近神經網絡CMAC替代圖4的自適應模糊控制器，對期望的電流波形進行在線學習，實現轉矩脈動的最小化。CMAC神經網絡具有學習速度快的突出優點，具有較強的實時性，已成功地應用于機器人的控制中。神經網絡應用于開關磁阻電動機傳動系統剛剛處于起步階段，一直以來都在尋找更加有效的網絡結構和快速訓練算法，以盡量滿足SRD的實時性要求，提高SRD的性能。同時，神經網絡與其他控制策略(如模糊控制、預測控制、非線性控制等)相結合，應用于SRD 系統，更能提高SRD的性能。

3.3 SRM無位置傳感器控制

SRD是位置閉環系統，但位置傳感器的存在不僅削弱了SRM 結構簡單的優勢，而且降低了系統高速運行的可靠性。因此，探索使用的SRM無位置傳感器檢測方案可以較好地提高SRD的動態性能。對于開關磁阻電機驅動系統而言，實時而準確的轉子位置信息是其可靠運行和高性能控制的必要前提。

目前在實際應用中，一般都采用軸位置傳感器或者其它類型的探測式位置檢測器來獲得位置信息，這不僅會提高系統成本和復雜程度，更重要的是會降低系統結構的堅固性，影響整個系統的可靠運行。早期一般用電動勢或電流波形信息來判定轉子位置，由于SRM轉子是反應式結構，因此波形監視比較復雜。目前，各國學者對這一問題從各種角度作了大量研究，提出了多種間接位置檢測方案，歸納起來大致可以分為以下幾類。

1)充分利用空閑相，人為地注入低幅高頻的模擬測試信號從而產生需要的電流等信息以得到位置信息，例如電流波形監視法、信號調制編碼法和磁通傳感技術都屬于這一類。

2)基于SRM 磁鏈特性，通過實時檢測相繞組磁鏈和電流，進而獲得轉子位置。一般采用簡化磁鏈法解決內存占用過大的問題。因為，在SRM運行時,并不需要轉子每一位置的信息，只要能夠判斷是否已達到換相位置，因此轉子位置檢測就可以簡化為換相位置檢測。采用該方法實現SRM無位置傳感器控制，取得了良好的效果。理論上該方法在低速和高速范圍內都可以，但在低速時磁鏈積分時間很長，由于繞組電阻值的變化會影響磁鏈計算的精度，因此在低速段不宜使用。

3)基于SRM 模型的方法，但是這種方法只適用于開關磁阻電機的線性工作區域。

3.4 瞬時直接轉矩控制(DITC)

由瞬時直接轉矩控制結構圖5可以看出，與傳統SRM控制方法相比，最顯著的區別就是瞬時直接轉矩控制把SRM 轉矩作為直接控制變量，控制系統中不再包含電流閉環控制。SRM 產生的瞬時電磁轉矩通過電機靜態轉矩特性獲得。參考轉矩和SRM估算合成轉矩通過轉矩滯環控制器比較產生的結果決定功率器件的開關信號。

瞬時直接轉矩控制通過轉矩滯環控制器對SRM轉矩瞬時誤差產生快速響應，避免了傳統電流環控制跟蹤速度的問題。同時由于瞬時轉矩得到直接控制，SRM固有的轉矩脈動能夠明顯減小。通過瞬時直接轉矩控制，可以很好地解決SRM 的轉矩脈動問題。同傳統的優化相電流波形方法相比，瞬時直接轉矩只需要很小的內存存儲SRM 轉矩特性查找表來估算反饋的轉矩，而優化相電流波形須針對不同的轉矩-速度運行點，需要存儲大量的控制參數。而且從控制精度來看，DITC 控制時SRM 輸出轉矩對系統控制參數，如開通角茲on、關斷角茲off 以及電源電壓變化都不敏感，提高了系統輸出轉矩性能。DITC 從根本上解決了SRM 轉矩脈動問題，從而會推動SRM在高調速性能領域的推廣應用。

4 結語

與一般電機傳動系統相比，開關磁阻電動機驅動系統是一個復雜的時變、非線性系統。如果采用常規的控制策略，系統的動態性能難以達到較高的指標。這就要求把先進的控制策略運用于SRD 系統中，以提高系統的性能。今后應該多從優化性能的角度出發，研究具有較高動態性能，算法簡單的SRD新型控制策略，從而來提高開關磁阻電機的動態性能。