基于微步驱动的开关磁阻电机转矩脉动控制系统

文章摘要：图1 SRM旋转磁场转矩矢量 对于（8／6）四相SR电动机而言，A相绕组产生的稳定零位和B相绕组产生的稳定零位错开一个步进角，在空间按几何角度15度，若用电角度表示90度。如规定转子顺时针方向旋转为正转，则只要按A-B-C-D的顺序依次给各相绕组供电，开关磁阻电动机的转子以步进角15度一步一步的正转。假定忽略电动机的互感，允许将转矩进行矢量相加，即得到图1所示的旋转磁场转矩矢量，其中TAB 、TBC、TCA和TAD称为派生转矩矢量，表示两相同时供电的合成转矩；TA、TB、TC、TD称为基本转矩矢量，他们相位取决于定子磁极中心线的空间位置，表示一相单独供电时的转矩，相临两个转矩错开步进角3

基于微步驱动的开关磁阻电机转矩脉动控制系统,标签：计算机控制技术,工厂电气控制技术,http://www.88dzw.com

图1 SRM旋转磁场转矩矢量

    对于（8／6）四相SR电动机而言，A相绕组产生的稳定零位和B相绕组产生的稳定零位错开一个步进角，在空间按几何角度15度，若用电角度表示90度。如规定转子顺时针方向旋转为正转，则只要按A-B-C-D的顺序依次给各相绕组供电，开关磁阻电动机的转子以步进角15度一步一步的正转。假定忽略电动机的互感，允许将转矩进行矢量相加，即得到图1所示的旋转磁场转矩矢量，其中TAB 、TBC、TCA和TAD称为派生转矩矢量，表示两相同时供电的合成转矩；TA、TB、TC、TD称为基本转矩矢量，他们相位取决于定子磁极中心线的空间位置，表示一相单独供电时的转矩，相临两个转矩错开步进角3.75度。派生转矩和基本转矩的关系可表示为下列向量形式：

TAB=TA+TB…………………………（4）

    派生转矩矢量的相位可以通过对绕组电流幅值的控制加以调节，使它出现在基本转矩矢量之间的任何相位上，采用控制绕组电流的办法增加SRM的每转步数，提高分辨率，减小转矩脉动。随着电动机每转细分步数的增加，可供选择的最佳离散电流波形为正弦函数波形，如果能够控制各相绕组的电流为正弦波，则实现SRM的连续控制。

四、微分驱动在SRM控制系统中的实现

由以上对(8/6)SRM转矩控制原理的分析可知，开关磁阻电机细分驱动的核心就是为了实现转矩矢量幅值相等，控制相绕组电流跟随给定转速对应的给定电流大小，使实时转速保持在给定转速误差范围内，从而有效减小了转矩的脉动。

同时导通的两相绕组电流可表示为下式，式中为合成矢量对应的电流大小：

ia=Im*cosθ；

ib=Im*sinθ； ………………………………………（5）

则合成电流矢量i（以ia为参考）：

i是一个以Im为幅值，－θ为辐角的矢量。这样，由式（1）、（6）可知，每当θ的值发生变化时，合成的矢量转过一个相应的角度，且幅值大小保持不变，实现了恒力矩的细分驱动。利用式（5）可得到细分后通电相电流数据。

所以要控制转矩必须控制电流，而控制电流是以控制PWM功率变换器输出脉宽被调制的功率开关信号为直接控制量，使实际输出电流按阶梯波电流变化。因此SRM的微分驱动要靠控制PWM的占空比来实现。用下式表示加在导通相绕组的PWM信号的占空比：

    Ya＝Y*cosθ ；

    Yb＝Y*sinθ ；……………………………………（7）

    上式中：Y为占空比幅值； Ya，Yb分别为Y在通电相绕组的分量；θ为转矩角；

    （7）式中的占空比幅值Y与 速度闭环中的给定速度通过量化换算得出线性对应关系：

    Y=k*n；k为比例系数；

    所以在速度给定的前提下，占空比幅值Y保持恒定，由（7）式可知，只要调整特定平衡位置的转矩角即可控制各相PWM脉宽占空比分量，根据（5）式与（7）式的对应关系，由各相占空比分量大小的变化从而控制了导通相电流的大小。

（8/6）四相SRM转子极距角（周期）为60度，每相步进角为15度，因此微分驱动的行为即是要细分该15度的步进角，在15度的步进角中找到三个转矩平衡位置，由于SRM绕组电流的大小受PWM功率变换器控制，所以调节PWM输出脉宽即可使实际输出电流如图2所示按阶梯波电流变化，各相通电顺序为：

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