基于新型控制策略的SRD性能優(yōu)化問(wèn)題

1993 年,G S Buja 首次將變結構控制應用于SRD[2]，通過(guò)將轉矩脈動(dòng)看作干擾，將非線(xiàn)性看作增益偏差，無(wú)需電機的先驗特性即可克服SRD 中的問(wèn)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(dòng)大大減小，系統對參數變化及干擾不敏感，控制策略容易實(shí)現。但是它以SRD工作于SRM磁特性線(xiàn)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(xué)本質(zhì)上是一種從輸入到輸出的非線(xiàn)性映射關(guān)系，具有很強的自學(xué)習、自適應能力，非常適合于SRD控制。文獻[3]以轉矩脈動(dòng)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?？刂破髅扛粢粋€(gè)采樣周期對當前轉子位置和觀(guān)測轉矩進(jìn)行采樣，由期望轉矩和觀(guān)測轉矩形成轉矩誤差，依照學(xué)習算法實(shí)時(shí)改變隸屬度函數，不斷調整控制器的輸出，即調整期望電流?？刂破鞑灰蕾?lài)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(jīng)網(wǎng)絡(luò )具有自學(xué)習和任意逼近非線(xiàn)性函數的能力，通常神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的訓練速度比較慢，不能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)控制要求。文獻[4]利用基于局部逼近神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )CMAC替代圖4的自適應模糊控制器，對期望的電流波形進(jìn)行在線(xiàn)學(xué)習，實(shí)現轉矩脈動(dòng)的最小化。CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )具有學(xué)習速度快的突出優(yōu)點(diǎn)，具有較強的實(shí)時(shí)性，已成功地應用于機器人的控制中。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )應用于開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機傳動(dòng)系統剛剛處于起步階段，一直以來(lái)都在尋找更加有效的網(wǎng)絡(luò )結構和快速訓練算法，以盡量滿(mǎn)足SRD的實(shí)時(shí)性要求，提高SRD的性能。同時(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )與其他控制策略(如模糊控制、預測控制、非線(xiàn)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(wú)位置傳感器控制

SRD是位置閉環(huán)系統，但位置傳感器的存在不僅削弱了SRM 結構簡(jiǎn)單的優(yōu)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(wú)位置傳感器檢測方案可以較好地提高SRD的動(dòng)態(tài)性能。對于開(kāi)關(guān)磁阻電機驅動(dòng)系統而言，實(shí)時(shí)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(shí)際應用中，一般都采用軸位置傳感器或者其它類(lèi)型的探測式位置檢測器來(lái)獲得位置信息，這不僅會(huì )提高系統成本和復雜程度，更重要的是會(huì )降低系統結構的堅固性，影響整個(gè)系統的可靠運行。早期一般用電動(dòng)勢或電流波形信息來(lái)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(xué)者對這一問(wèn)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(lái)大致可以分為以下幾類(lèi)。

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(chǎn)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(shù)都屬于這一類(lèi)。

2)基于SRM 磁鏈特性，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測相繞組磁鏈和電流，進(jìn)而獲得轉子位置。一般采用簡(jiǎn)化磁鏈法解決內存占用過(guò)大的問(wèn)題。因為，在SRM運行時(shí),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(jiǎn)化為換相位置檢測。采用該方法實(shí)現SRM無(wú)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(shí)磁鏈積分時(shí)間很長(cháng)，由于繞組電阻值的變化會(huì )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(kāi)關(guān)磁阻電機的線(xiàn)性工作區域。

3.4 瞬時(shí)直接轉矩控制(DITC)

由瞬時(shí)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(zhù)的區別就是瞬時(shí)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(huán)控制。SRM 產(chǎn)生的瞬時(shí)電磁轉矩通過(guò)電機靜態(tài)轉矩特性獲得。參考轉矩和SRM估算合成轉矩通過(guò)轉矩滯環(huán)控制器比較產(chǎn)生的結果決定功率器件的開(kāi)關(guān)信號。

瞬時(shí)直接轉矩控制通過(guò)轉矩滯環(huán)控制器對SRM轉矩瞬時(shí)誤差產(chǎn)生快速響應，避免了傳統電流環(huán)控制跟蹤速度的問(wèn)題。同時(shí)由于瞬時(shí)轉矩得到直接控制，SRM固有的轉矩脈動(dòng)能夠明顯減小。通過(guò)瞬時(shí)直接轉矩控制，可以很好地解決SRM 的轉矩脈動(dòng)問(wèn)題。同傳統的優(yōu)化相電流波形方法相比，瞬時(shí)直接轉矩只需要很小的內存存儲SRM 轉矩特性查找表來(lái)估算反饋的轉矩，而優(yōu)化相電流波形須針對不同的轉矩-速度運行點(diǎn)，需要存儲大量的控制參數。而且從控制精度來(lái)看，DITC 控制時(shí)SRM 輸出轉矩對系統控制參數，如開(kāi)通角茲on、關(guān)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(dòng)問(wèn)題，從而會(huì )推動(dòng)SRM在高調速性能領(lǐng)域的推廣應用。

4 結語(yǔ)

與一般電機傳動(dòng)系統相比，開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機驅動(dòng)系統是一個(gè)復雜的時(shí)變、非線(xiàn)性系統。如果采用常規的控制策略，系統的動(dòng)態(tài)性能難以達到較高的指標。這就要求把先進(jìn)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(yōu)化性能的角度出發(fā)，研究具有較高動(dòng)態(tài)性能，算法簡(jiǎn)單的SRD新型控制策略，從而來(lái)提高開(kāi)關(guān)磁阻電機的動(dòng)態(tài)性能。