开关磁阻电机脉冲宽度调制占空比的解析计算新方法

太原理工大学矿业智能电气设备技术国家与地方联合工程实验室和太原理工大学电力工程学院的研究员田德祥、曲炳妮、宋和在2019年第21期《电气技术》上撰文，提出了一种基于电流斩波控制的脉宽调制占空比解析计算方法，以解决开关磁阻电机驱动系统电流斩波控制模式下电流纹波大的问题

开关磁阻电机(SRM)具有结构简单、制造成本低、缺相运行等优点，并且不存在永磁电机的高温退磁问题，这使得SRM在传动领域具有很大的应用潜力。然而，开关磁阻电机的性能与其控制方式的选择密切相关。当控制方法不同时，电机在效率、转矩脉动、振动和噪声方面的性能也不同。

开关磁阻电机常用的控制方法有角度位置控制、电流斩波控制和电压斩波控制，在实际应用中经常结合使用。电流斩波控制具有控制方式简单、有效抑制过冲电流的优点，主要用于开关磁阻电机起动和低速运行。

，但电流斩波控制属于迟滞控制。当绕组电流快速变化或电流采样频率较低时，电机绕组中的实际电流将明显超过电流斩波的上限和下限，导致较大的电流纹波。特别是在定子和转子齿不重叠的区域，即在小电感区域，由于反电动势小，过冲电流问题更加突出，其峰值电流甚至可以达到给定电流的1.5倍，这将明显增加电机的绕组损耗，并引起较大的转矩脉动。

为解决上述问题，国内外学者提出了许多方法

一些学者提出了一种新的驱动电路来减少开关器件引起的电流纹波，但这种方法需要更换新的硬件电路一些学者提出根据电感增量来调整PI参数，并对存储的反电动势进行补偿，以解决电流上升过程中的过冲问题，但这种方法需要存储大量的数据。为了解决相关研究中需要存储大量数据的问题，一些学者将神经网络应用于增量电感和反电动势的在线计算，减少了数据存储量一些学者将滑模变结构控制应用于开关磁阻电机，以跟踪给定的电流，减少跟踪过程中的电流纹波。有学者提出，在已知电机参数的前提下，采用积分滑模控制方法，以固定的较低采样频率实现对给定电流的跟踪。一些学者根据电机磁链特性曲线预测所需的脉宽调制占空比，以减少电流纹波。一些学者通过基于电机模型的自适应控制器和改进的采样方法实现了低采样频率下电流纹波的减小。一些学者使用迭代学习控制来控制固定转子位置处的电压，以跟踪固定转子位置处的给定电流。一些学者提出了一种基于迭代学习控制的平均电流跟踪策略。通过计算在一个脉宽调制周期中绕组中的实际电流和给定电流之间的差值的平均值作为电压迭代学习控制的输入，脉宽调制占空比可以被调整以获得与给定电流具有小差值的实际电流。然而，当电机负载或给定速度频繁变化时，脉宽调制占空比很可能一直处于调节过程中，迭代学习控制的动态性能不够理想。一些学者提出，通过实验可以得到不同转速和参考电流下的小电流纹波的脉宽调制占空比，通过数据拟合可以得到脉宽调制占空比与转速和电流的函数关系，从而改善脉宽调制占空比调节的动态特性。然而，这种方法需要大量的实验来获得不同转速和负载条件下的最佳脉宽调制占空比

太原理工大学矿井智能电气设备技术国家与地方联合工程实验室、太原理工大学电力工程学院的研究人员，针对传统电流斩波控制方法在低转速、小负载条件下斩波电流纹波大、容易超过斩波上下限的问题， 结合小电感区域的电感值和明显上升段的电感值相对于转子位置的斜率，提出了开关磁阻电机电流斩波控制下脉宽调制占空比的计算方法，解决了开关磁阻电机电流斩波控制下电流纹波大、容易过冲的问题。 根据电流斩波控制的特点，提出了一种在线测量小电感区域电感值和电感明显上升区域电感相对于转子位置的斜率的实验方法。

在图3的SRM驱动系统实验平台中由

提出的PWM占空比解析计算方法，只需要在传统的电流斩波控制过程中增加PWM占空比调整计算，不需要增加新的硬件电路，简单易行。脉宽调制占空比的解析计算方法忽略了一些次要因素的影响，如小电感区的电感变化等。因此，结果不一定是最佳的脉宽调制占空比。

最后，在原型系统实验平台上验证了所提出的脉宽调制占空比解析计算方法结果表明，与传统的电流斩波控制相比，脉宽调制占空比解析计算方法在电机相同工况下运行时具有较小的电流纹波和转矩纹波，降低了线损，有利于提高电机的运行效率。与一些学者提出的控制方法相比，

省去了通过大量实验试图在不同转速和负载下采集合适的脉宽调制占空比，然后将得到的脉宽调制占空比与转速和参考电流之间的函数关系进行拟合的过程，具有较强的可移植性。2019年第21期《电气技术杂志》发表了超过

199项研究成果。论文题目为“基于电流斩波控制的开关磁阻电机脉宽调制占空比解析计算方法”。作者是田德祥、瞿炳尼、宋·和

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