减小开关磁阻电机转矩脉动的控制策略综述

开关磁阻电机发展前景及转矩脉动抑制方法综述摘要:开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor, SRM)结构简单、成本低、效率高、容错能力好和无需稀土材料等优点，SRM是交、直流调速系统的极大竞争者，未来前景广阔。

但SRM存在转矩脉动大，噪声和振动明显，控制器成本高等问题制约了SRM有更好的发展，针对SRM转矩脉动问题，分析SRM的基本结构和工作原理，从电机本体设计和控制策略两个角度总结国内外转矩脉动抑制方法。

关键词：开关磁阻电机;转矩;脉动抑制中图分类号：TM3521 发展前景开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor, SRM）原理与19世纪40年代“电磁制动机”原理相似。

SRM调速系统（Switched Reluctance Drive，SRD）是变频、无刷直流电机调速系统后新一代无级调速系统，是光、机、电一体化的高新技术[1]。

SRM为可变磁阻电机，定、转子的凸极均为硅钢片，易于获取和回收利用。

转子无绕组与永磁体，仅定子极上绕有集中绕组，且绕组端部较短，无相间跨接线，使得其方便维护、可靠性高。

SRM相较于带有永磁体的电机，制造工艺简单，成本低，避免了高温下磁性衰退现象。

贸易战倒逼中国稀土管制，永磁材料价格上涨是必然。

可见，无需永磁体的SRM虽诞生时间晚、发展时间短，但潜力还是相当大的。

SRD综合了感应和直流电机系统优点，在成本、效率、调速性能、可靠性等方面均突出，是强有力竞争者，SRM主要优点如下[1,2]：1）SRM利用系数较大，可达感应电机利用率的1.2~1.4倍。

2）结构简单，制作工序少、成本低，工作可靠、维修量小。

因此，可工作于极高转速环境下，SRM转速最高可达105r/min。

3）损耗多产生于定子，方便冷却；转子允许有较高温升。

能实现特殊要求的转矩-速度特性，适用于恶劣、高温甚至强振动环境，且可以保持高效率。

4）转矩方向不受电流方向影响，可工作在频繁启停、正反向转换环境下。

开关磁阻电机转矩脉动抑制关键技术研究一、引言开关磁阻电机是一种新型的电机，具有高效率、高功率密度等优点，被广泛应用于工业生产中。

然而，由于其结构的特殊性质，开关磁阻电机容易出现转矩脉动问题，严重影响其运行稳定性和使用寿命。

因此，如何有效地抑制开关磁阻电机的转矩脉动成为当前重要的研究方向。

二、开关磁阻电机转矩脉动原因分析1. 磁场不均匀性：由于开关磁阻电机的结构特殊性质，其永磁体和绕组之间存在一定间隙，导致永磁体产生了不均匀的磁场分布，在运行过程中会产生转子位置变化引起的转矩脉动。

2. 电流波形失真：由于交流调制方式采用了PWM控制技术，在实际应用中会出现PWM波形失真问题，导致了电流波形失真，在运行过程中也会产生转子位置变化引起的转矩脉动。

3. 转子惯量不平衡：由于制造工艺的不同，转子的惯量分布不均匀，导致在运行过程中会产生转子位置变化引起的转矩脉动。

三、开关磁阻电机转矩脉动抑制技术1. 电流控制技术：采用合适的电流控制策略，能够有效地减小电流波形失真问题，从而降低了转子位置变化引起的转矩脉动。

目前常用的控制策略有SVPWM、SPWM等。

2. 磁场调节技术：通过调节永磁体和绕组之间的间隙距离，可以有效地改善永磁体的磁场分布情况，从而减小了转子位置变化引起的转矩脉动。

3. 转子平衡技术：通过采用精密加工工艺和质量控制手段，可以有效地实现转子惯量均匀分布，在运行过程中减小了转子位置变化引起的转矩脉动。

四、开关磁阻电机转矩脉动抑制实验验证为了验证以上抑制技术对开关磁阻电机转矩脉动问题的影响，进行了实验研究。

实验结果表明，在采用合适的电流控制策略、磁场调节技术和转子平衡技术的情况下，开关磁阻电机的转矩脉动问题得到了有效地抑制。

五、结论开关磁阻电机是一种高效率、高功率密度的电机，但由于其结构特殊性质，容易出现转矩脉动问题。

通过分析其原因，提出了采用电流控制技术、磁场调节技术和转子平衡技术等抑制方法。

实验结果表明这些方法能够有效地抑制开关磁阻电机的转矩脉动问题，提高其运行稳定性和使用寿命。

《考虑转矩脉动最小化的永磁无刷直流电机控制系统》篇一一、引言随着工业自动化和智能化的发展，对电机控制系统的性能要求越来越高。

其中，永磁无刷直流电机（Brushless DC Motor, BLDCM）因结构简单、高效可靠等特点在众多领域得到广泛应用。

然而，电机在实际运行中往往会出现转矩脉动问题，这不仅影响电机的运行平稳性，还可能产生噪音和振动，对系统性能产生负面影响。

因此，如何有效控制并最小化转矩脉动成为永磁无刷直流电机控制系统研究的重点。

二、永磁无刷直流电机控制系统概述永磁无刷直流电机控制系统主要由电机本体、逆变器、控制器等部分组成。

其中，控制器是系统的核心部分，负责根据电机的工作状态和需求，实时调整逆变器的输出电压和电流，从而控制电机的运行。

该系统具有高效率、高精度、低噪音等优点，广泛应用于电动汽车、机器人、精密机床等领域。

三、转矩脉动产生的原因及影响转矩脉动是指电机在运行过程中产生的转矩波动。

其主要原因包括：电磁场分布不均、逆变器非线性特性、电机参数变化等。

这些因素导致电机在运行过程中产生周期性或随机性的转矩波动，影响电机的运行平稳性，产生噪音和振动，严重时甚至可能导致系统失效。

因此，减小转矩脉动对于提高电机控制系统的性能具有重要意义。

四、转矩脉动最小化的控制策略为了减小永磁无刷直流电机的转矩脉动，需要采取有效的控制策略。

常见的控制策略包括：1. 优化电机设计：通过优化电机的电磁场分布、减小逆变器的非线性特性等手段，从源头上减小转矩脉动。

2. 控制器优化：通过改进控制算法，如采用先进的控制策略（如矢量控制、直接转矩控制等）以及优化参数设置等手段，实现对电机运行状态的精确控制，从而减小转矩脉动。

3. 传感器技术：利用高精度的传感器实时监测电机的运行状态，为控制器提供准确的反馈信息，帮助控制器更好地调整电机的运行状态，减小转矩脉动。

五、实际应用及效果分析针对不同应用场景的永磁无刷直流电机控制系统，采用相应的控制策略进行实验验证。

永磁同步电机直接转矩控制转矩脉动的产生及其抑制方法综述0引言直接转矩控制 (DTC)采取定子磁链定向, 利用两点式 (Band2Band)进行调节直接对电机的磁链和转矩进行控制, 使电机转矩响应迅速[1]。

直接转矩控制方法最早是针对感应电机 ( IM) 提出的, 其在感应电机中的应用研究已比较成熟 [ 2 ]。

永磁同步电机 ( PMSM)具有体积小、重量轻、效率高的优点, 鉴于 DTC在感应电机中的成功应用和永磁同步电机研制的突破性进展, 近年来, 将 DTC控制策略拓展应用于永磁同步电机, 以提高电机的快速转矩响应, 已经得到了广泛的研究。

传统PMSM直接转矩控制具有结构简单、响应快速、对电机参数不敏感、系统鲁棒性强等优点, 但也存在电流、磁链和转矩脉动大、逆变器开关频率不恒定等问题。

其中转矩脉动大是限制其在工业中应用的主要原因。

由于永磁同步电机的特性与异步电机有很大不同, 在PMSM DTC中无法直接照搬 IM DTC的理论, 故有必要专门讨论 PMSM DTC转矩脉动抑制问题。

下面将分析 PMSM DTC产生转矩脉动的原因, 并对近几年来国内外的研究进展作一下介绍。

1永磁同步电机 DTC基本原理及转矩脉动分析传统 DTC的基本原理DTC是采用定子磁链定向和空间矢量概念,通过检测定子电压、电流, 直接在定子坐标系下观测电机的磁链、转矩, 并将此观测值与给定磁链、转矩相比较, 差值经 2个滞环控制器得到相应控制信号, 再综合当前磁链状态从开关表中选择合适的电压空间矢量来控制逆变器的电子开关的状态, 直接对电机转矩实施控制。

传统 DTC (图 1)中滞环比较器有两个控制状态, 在一定范围内无论误差大小, 滞环比较器都具有相同的输出, 在整个开关周期内, 所选择的电压矢量作用于电机, 定子电流、转矩等量始终沿着一个方向变化, 即每个采样周期只输出单一电压矢量。

在转矩差较小的情况下, 所选择的电压矢量使转矩在一个开关周期的较短时间内就达到参考值, 而余下的时间未发生逆变器开关状态转换, 所选择的电压矢量仍作用于电机, 使转矩继续沿原来的方向变化, 超出转矩滞环的范围,从而产生较大的转矩脉动[ 3 ]。

SRM转矩脉动抑制的控制策略分析王庆龙;汪增福;张兴;王敬生【摘要】Certain disadvantages of the switched reluctance motor are that it produces high torque ripple, mechanical vibrations and acoustic noise. The excessive torque ripple has limited their applications in high performance applications. There are two approaches followed for torque ripple minimization. One is improving the structure design of the motor while the other is use of electronic control techniques. An extensive review of the control approaches adopted for torque ripple minimization was presented based on the origin of torque ripple, and their merits and drawbacks were analyzed.and proposed ideas for their future research.%开关磁阻电机运行中转矩脉动比较明显,由此引起的电机噪声及转矩波动制约了其在高性能控制领域的应用.优化电机的结构设计及采用合适的控制技术是抑制开关磁阻电机转矩脉动的2种主要方法.在对开关磁阻电机转矩脉动产生机理分析的基础上,从控制的角度综述了开关磁阻电机转矩脉动抑制的若干解决方案的要点,分析了各种控制方法的优缺点,从而对进一步研究提出建议.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2012(042)002【总页数】4页(P3-6)【关键词】开关磁阻电机;转矩脉动抑制;转矩控制;换向控制;电流模型;转矩分配函数【作者】王庆龙;汪增福;张兴;王敬生【作者单位】合肥学院电子信息与电气工程系,安徽合肥230601;中国科学技术大学信息科学技术学院,安徽合肥230027;中国科学技术大学信息科学技术学院,安徽合肥230027;合肥工业大学电气与自动化工程学院,安徽合肥230009;合肥学院电子信息与电气工程系,安徽合肥230601【正文语种】中文【中图分类】TP131 引言开关磁阻电机（SRM）驱动系统突出优点是效率高，节能效果好，调速范围广，无启动冲击电流，启动转矩大，控制灵活；此外，还具有结构简单、坚固可靠、成本低等优点。

科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·14·2018年第12期文章编号：2095－6835（2018）12－0014－02开关磁阻电机转矩脉动最小化研究＊徐古轩，蔡燕，李娟，胡鑫剑（天津工业大学天津市电工电能新技术重点实验室，天津300387）摘要：针对开关磁阻电机转矩脉动大的问题，提出了一种基于转矩分配函数的开关磁阻电机转矩脉动最小化控制策略。

利用转矩分配函数将给定的合成转矩分配到各相，使得各相瞬时转矩之和等于转矩给定值，再利用矩角特性实现转矩到电流的映射，得到各相的给定电流指令，通过控制实际电流跟随给定电流指令，实现SRM的恒转矩控制。

关键词：开关磁阻电机；转矩分配函数；转矩脉动；双凸极结构中图分类号：TM352文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2018.12.014开关磁阻电机（SRM）是具有双凸级结构的变磁阻电机，与其他电机相比，具有结构简单、转子侧无绕组结构也无永磁体、成本低等优点。

近年来，由于市场上稀土材料供不应求，稀土材料的价格在不断上涨，永磁体的生产成本越来越高，而且永磁体在高温下存在退磁现象，这就引起了人们对低成本、结构简单的开关磁阻电机的广泛关注。

但是在实际控制应用中，由于SRM双凸极结构及其非线性电磁特性，其噪声和转矩脉动问题更为严重[1]。

近年来，针对SRM转矩脉动大的问题，国内外专家提出了很多实际方法来提高SRM驱动系统的整体性能[2-4]。

例如有国外学者提出基于混合滑模控制的磁链边界层控制策略来抑制SRM非线性结构所造成的转矩脉动，也有提出基于神经网络的径向基函数控制算法等。

但是这些算法很多都是较复杂的模型，在实际应用中实现起来很困难。

本文提出建立一个合适的转矩分配函数来实现转矩的间接控制，从而减少转矩脉动。

该模型可以根据开关磁阻电机的运行状态，合理地分配各相的转矩，相比于那些复杂的控制算法，它可以通过保持各相转矩之和恒定来减小转矩脉动，实现较为简单，控制更精准。

AUTO PARTS | 汽车零部件基于预测控制算法的开关磁阻电机转矩脉动抑制综述薛铭洲　吴金星　赵锐东　李勇江苏大学 江苏省镇江市 212013摘 要： 开关磁阻电机因其结构简单坚固，调速范围广，调速性能优的特点已被广泛应用，但相比较于传统电机，存在着转矩脉动这一无法避免的缺点。

本文在列举分析了传统控制方法的优劣点的基础上，介绍了开关磁阻电机的新型预测控制算法。

关键词：开关磁阻电机；转矩脉动；预测控制1　引言开关磁阻电动机[1]是现代微电子技术，数字技术，电力电子技术和现代电磁理论设计的新一代无级调速系统。

由于其结构简单，坚固，调速范围宽，调速性能好，在整个调速范围内效率高，在20世纪60年代，它引起了众多外国学者的关注。

中国也在1984年开始研究开关磁阻电动机。

近年来，开关磁阻电动机的应用发展取得了很大进展，开关磁阻电动机已逐渐应用于纺织机械和电动汽车驱动等各个领域。

但是，尽管开关磁阻电机相较于传统电机有着巨大的优点，其本身仍然存在转矩脉动无法避免，接线较多，需配合控制器同步使用等的缺点。

其中，转矩脉动一直是限制其发展的关键因素。

本文主要对传统控制方法以及现代控制方法进行对比，并从控制策略[2]的角度进行总结。

2　开关磁阻电机控制方法开关磁阻电机主要的转矩脉动[3]，主要产生在电机本身换相时刻，而转矩脉动在不同的电机运行工况下，对电机本身工作又会产生不同的影响。

国内外许多学者对SRM的控制策略进行了深入的研究。

传统的电流斩波器控制（CCC）和角位置控制（APC）在控制量和转矩之间没有直接关系，因此输出转矩具有较大的波动。

而当前针对转矩的控制方法，如滑模控制(sliding mode control)、神经网络控制( neural network control)，由于算法本身的复杂性很高，无法将其应用到实际应用中，而相比预测控制[4]，由于其方便的建模，滚动的优化策略以及具有较好的动态控制效果的优点逐渐进入人们的视线。

基于电流斩波的开关磁阻电机转矩脉动减小策略研究杨光;杨明发;赵参【摘要】开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SR电机)在起动和低速运行时通常采用电流斩波控制(CCC)方式,该控制方法具有简单直接、可控性好和开关损耗小的特点,但同时也存在转矩脉动较大的缺点.本文在传统的电流斩波控制方式基础上,设计了可以改变斩波限的滞环比较器,通过使电流波形优化来达到转矩脉动减小的目的.仿真结果证明了该方法的合理性、有效性,为实际SR电机电流斩波控制系统的设计和转矩脉动的减小提供了新的思路.【期刊名称】《电气技术》【年(卷),期】2016(000)007【总页数】4页(P20-23)【关键词】开关磁阻电机;电流斩波控制;滞环比较器;转矩脉动减小【作者】杨光;杨明发;赵参【作者单位】福州大学电气工程与自动化学院,福州 350108;福州大学电气工程与自动化学院,福州 350108;福州大学电气工程与自动化学院,福州 350108【正文语种】中文开关磁阻电机（SRM）具有结构简单、成本低、效率高、调速性能好等一系列优点，广泛地应用于纺织、电动汽车、家用家电、矿山机械等领域［1］。

但是SR 电机的双凸级结构使得转矩和磁链是定子相电流和转子位置的非线性函数，无固定公式可循。

因此，SR电动机分析和设计的主要问题是针对其内部磁场的非线性以及由非线性开关电源供电、相电流波形难以解析等有别于传统电动机的特点，探索SR电动机电磁转矩的分析和准确计算方法［2］。

传统的控制方式如电流斩波控制、电压PWM控制和角度位置控制存在转矩脉动大的问题，而新型的直接转矩控制又因为电机转矩无法精确计算和测量而不能实际应用，因此，引入先进的控制策略是提高SR电机的动态性能和力能指标的关键［3］。

文献［4］提出了一种基于RBF神经网络的开关磁阻电机角度优化控制方法，通过Matlab/Simulink设计了一个以转速和转矩作为输入、以最优关断角作为输出的RBF神经网络，实现了角度优化和减小脉动的目标。

开关磁阻电机转矩脉动减小方法综述开关磁阻电机作为一种新兴电机，得到了广泛的应用，但是它的转矩脉动问题制约了电机的进一步推广应用。

因此，如何减小转矩脉动成为开关磁阻电机研究领域的热点之一，为了优化电机动态性能，国内外学者做了大量的研究，并提出了很多解决方案，概括起来分为两种：一是改进电机的结构，二是采用合适的控制技术。

文章主要从这两方面来阐述减小转矩脉动的方法。

标签：开关磁阻电机；转矩脉动；控制技术引言开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，简称SRM）凭借结构简单、效率高、调速性能好等优点得到了国内外的广泛关注。

然而，电机独特的双凸极结构及磁路的高度饱和造成开关磁阻电机调速系统（Switched Reluctance Drive，简称SRD）存在严重的转矩脉动问题，制约了SRM的进一步推广与应用，因此，减小或抑制电机转矩脉动对于优化电机动态性能有很重要实践意义。

国内外对转矩脉动及抑制方法进行研究，并根据不同的角度提出不同的方案，主要分为两类：一是优化电机结构，如调整SRM定、转子极弧可以有效地减小SRM的转矩脉动；二是采用合适的控制策略，对于给定电机来说，电机结构参数是固定不变的，以电机控制的角度入手，对它的控制策略进行深入细致的研究。

本文以电机设计与控制分析SRM转矩脉动减小的方法，对国内外学者的研究概况进行总结，简要分析各种方案的原理优缺点。

1 转矩脉动产生原因电机结构决定它的优化方法，SRM独特的双凸极结构以及它开关形式的供电电源使它存在很多缺陷：一、定子齿、转子齿叠加产生磁通引起电流非线性变化；二、电机转子转矩由脉冲转矩叠加而成，不是一个恒定值。

由此得知，开关磁阻电机存在转矩脉动，尤其是低速运行阶段，转矩脉动更加突出。

因此，最大限度的减小转矩脉动成为SRM优化设计的重要内容。

2 优化电机结构影响开关磁阻电机的结构参数包括定子结构与尺寸、转子结构与尺寸、极弧长度以及铁心长度等等。

开关磁阻电机转矩脉动抑制方法综述
张懿;姜文涛;蔡燕;李宝生;刘国军
【期刊名称】《科技创新与应用》
【年(卷),期】2016(000)008
【摘要】开关磁阻电机具有结构简单坚固的特点，其转子上没有绕组和永磁体，电机故障率低，系统容错能力强，适合转矩大的场合使用。

但是开关磁阻电机调速系统同样也存在着一些缺点与不足：例如双凸极结构导致SRM电机设计优化难度大；运行时转矩脉动大，由脉动导致的振动噪声问题也限制着SRM在电动汽车、家用电器以及要求低速平稳的伺服系统中的应用，所以抑制开关磁阻电机转矩脉动成为了当前的热点问题。

【总页数】1页(P49-49)
【作者】张懿;姜文涛;蔡燕;李宝生;刘国军
【作者单位】天津工业大学电工电能新技术天津市重点实验室，天津 300387;天津工业大学电工电能新技术天津市重点实验室，天津 300387;天津工业大学电工电能新技术天津市重点实验室，天津 300387;宁城县气象局，内蒙古宁城024200;内蒙古自治区宁城县小城子镇政府，内蒙古宁城 024200
【正文语种】中文
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1.基于预测控制算法的开关磁阻电机转矩脉动抑制综述
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3.基于前馈补偿的开关磁阻电机转矩脉动抑制方法研究
4.基于前馈补偿的
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