改进型TSF控制方案，可减小开关磁阻电机的转矩脉动
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南京理工大学自动化学院的研究人员费晨、颜建虎、汪盼、言钊，在《电工技术学报》2018年增刊2上撰文（论文标题为“基于改进的转矩分配函数法的开关磁阻电机转矩脉动抑制”）指出，开关磁阻电机（SRM）因其特殊的双凸极结构会引起电机运行时的转矩脉动问题，极大地限制了其应用范围。尤其随着电机运行速度上升，由于换相时间缩短，传统的转矩分配函数（TSF）控制方法的电流跟踪性能变差，转矩脉动抑制能力减弱。由此，提出一种改进的转矩分配函数控制方案。
首先，以一台四相8/6极的开关磁阻电机为研究对象，分别建立指数型转矩分配函数法和改进型转矩分配函数法的Matlab/Simulink仿真模型，并搭建了以TMS320F28335为核心的开关磁阻电机调速系统的实验平台。分别进行了系统的仿真和实验研究，仿真和实验结果均证明了改进的转矩分配函数控制方法能有效减小开关磁阻电机的转矩脉动。
开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor, SRM）的定子、转子都是凸极结构，定子上有集中绕组，转子上没有绕组、永磁体，也没有集电环和换向器等。SRM的结构特点使其具有可靠性高、成本低、效率高等优点，而由其构成的调速系统兼有交直流调速系统的长处，近年来在电气传动领域获得了广泛的应用。尤其是随着电动汽车行业的蓬勃发展，SRM在这个领域有着良好的前景。
但是，同样由于其双凸极结构，SRM驱动系统本身就是一个严重非线性的系统，由此带来的转矩脉动、电机振动和噪声等问题尤为明显，这些缺陷特别是转矩脉动大大限制了它在伺服控制等领域的广泛应用。传统的电机控制方法难以适用SRM的驱动系统，因此，抑制电机的转矩脉动就成为当前SRM的一个研究热点。
尽管由于磁路结构的复杂性导致SRM的转矩脉动的研究有较大的难度，但通过各国学者多年的不懈努力，已经取得了一定的进展，例如：基于转矩分配函数法的瞬时转矩脉动最小化控制、SRM的定子振动模态和固有频率的分析计算、SRM主动振动控制技术等均已有较大进展。
总体上，目前的研究方向主要有两类：一类是电机本体的改进；另一类是电机控制策略的优化。前者可以通过改善电机的结构，并优化其参数设置来达到减小电机转矩脉动的目的，但是该方法会在一定程度上影响电机的性能。因此，本文从改进电机的控制策略方面着手抑制SRM的转矩脉动。
针对抑制SRM的转矩脉动，各国学者提出了多种控制方法，例如：直接转矩控制（Direct Torque Control, DTC）、转矩分配函数（Torque Sharing Function, TSF）控制、人工神经网络控制、PWM斩波调压控制和电流斩波控制等。
这些控制方法都能在很大程度上抑制SRM的转矩脉动，其中TSF法是目前应用较为广泛的一类控制方法。常规的TSF法是使用预存的最优转矩分配函数和转矩滞环控制器来控制每相的转矩以使其合成的总转矩为一恒定值，进而来抑制转矩脉动。但是，在实际应用中，每相的实际转矩往往会跟踪不上给定的转矩，从而带来额外的转矩脉动。
为了克服这些缺陷，本文设计了一种新的转矩分配函数，并对这种方法进行仿真和实验分析，仿真和实验结果均表明本文的方法可以有效地抑制SRM的转矩脉动。
图9 控制系统实验平台
为了解决SRM运行时，传统的TSF控制方法转矩脉动抑制效果不佳的情况，本文设计了基于转矩反馈的改进型TSF控制方案。此方案与传统的TSF法相比，更合理地分配了各相转矩，能更好地抑制转矩脉动。
本文以一台四相8/6极的SRM为研究对象，在Matlab/Simulink环境下搭建了仿真模型，并对其进行仿真分析。搭建了以TMS320F28335为核心的SRM调速系统的实验平台，对其进行了实验验证。实验结果与仿真结果一致，均验证了该方法对于抑制转矩脉动具有一定的效果。