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筛选机传动系统控制策略的研究现状

筛选机开关磁阻电机的控制变量有很多,包括相电压、相电流、开通角、关断角等,控制方式也多种多样,传统的斩波电流控制、角度位置控制或是电压PWM控制有时很难满足系统性能的要求,很多学者在这方面做了研究,并提出了很多控制方法。设计了一种筛选机开关磁阻电机滑模转速控制器,并在一台5马力的样机上进行了实验,结果显示,这种方法对参数的波动不敏感,而且具有很好的速度响应。用状态-开关数字控制方法来控制开关磁阻电机转速,这种方法通过施加高能量脉冲或低能量脉冲来控制电机维持在期望的状态附近,作者分别设计了筛选机设备的单转速给定和变转速给定情况下的控制器,并给出了仿真和实验验证,这种方法简单,甚至用不太复杂的模拟电路就可以实现。

    筛选机上述的这些方法可以较好地实现开关磁阻电机的速度控制,但是由于没有对电机瞬时转矩进行控制,因此存在不同程度的转矩脉动,要实现对转矩脉动的抑制,需要采用其它的控制策略。此外,转子位置信息是实现开关磁阻电机控制所必须的,转子位置一般是通过位置传感器来获得的,但是这种方式既增加了系统成本,又降低了系统可靠性,采用无传感器方案,通过电压电流等信息来估计转子位置就可以解决这些问题。筛选机的抑制转矩脉动和无传感器方案是开关磁阻电机两个比较热门的研究方向。

    实现了筛选机四相开关磁阻电机的直接转矩磁链控制,实现了五相开关磁阻电机的直接转矩磁链控制。提出了一种名为直接瞬时转矩控制的方法,提出的直接转矩磁链控制不同,这种方法没有磁链幅值闭环,只需对筛选机的转矩进行控制,通过滞环控制器将转矩偏差转换为变流器控制信号,这种方法实现起来比较简单,而且在高速时也可以很好地抑制转矩脉动。实现了筛选机开关磁阻电机的四象限运行,详细介绍了电动模式和发电模式下的开关策略,并通过实验验证了方法的有效性,不论在电动模式、发电模式还是两种模式相互切换的情况下,系统都有着很快的动态响应。提出的开关磁阻电机直接转矩磁链控制和提出的直接瞬时转矩控制实现相对简单,都可以很好地抑制筛选机的转矩脉动,正文中将对这两种方法进行详细说明。

    要实现筛选机直接转矩控制,转矩反馈是必不可少的,转矩反馈的获得可以通过两种方式:一是使用转矩传感器直接测量,但是转矩传感器价格昂贵,而且安装较为复杂;二是通过测量电压、电流和位置等信息间接获得转矩,这种方法无需额外安装转矩传感器,但是要设计合适的算法,使转矩的估计值跟实际值相吻合,这类方法更为常用。有的学者根据开关磁阻电机的转矩-电流-位置关系来估计转矩,通过测量电流、转子位置就可以计算出转矩大小;有的学者则通过转矩-磁链-电流关系来估计转矩,即根据筛选机设备的磁链和电流值来计算转矩。

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