0前言
开关型磁阻电动机定子和转子均呈凸极形式，故将它们统称为双凸极电机，现代双凸极磁阻电动机是一种新型电机驱动系统，是磁阻电动机与电子开关驱动控制器组成一体的控制装置，又称开关型磁阻电机驱动系统，以其结构简单、工作可靠、转矩惯量比大、效率高和成本较低、调速性能优异等优点脱颖而出，被认为是未来有很强竞争力的一种变速驱动系统。但是因为电动机采用的是双凸极结构，高度饱和，故双凸极电机磁阻电动机驱动系统本身是一个时变、非线性系统。磁阻转矩是定子电流和转子位置的非线性函数，传统的线性控制方法难以满足动态较快的双凸极磁阻电动机非线性、变参数要求，因此，与一般电机相比，开关型磁阻电动机转矩脉动比较明显，由此引起电机噪声及转速波动，这限制了它的应用。它性能的改善必须借助先进控制策略的手段。从20世纪80年代双凸极开关型磁阻电动机问世至今，在现代双凸极磁阻电动机控制方面已涌现出大量先进的控制思想，并取得了 一 定的成果。
1双凸极磁阻电动机系统构成及控制方式
1 1双凸极磁阻电动机系统构成
双凸极磁阻电动机系统包括了双凸极磁阻电机、功率变换器、转子位置检测器和控制器。开关型磁阻电机是整个系统的执行部件，如图1所示四相f8/6)磁阻电动机结构原理图，它采用双凸极结构，磁路的磁阻变化较大。定、转子极数不同，转子仅由叠片叠压而成，既无绕组也无永磁体;定子各极上二绕有集中绕组，径向相对极的绕组串联，构成一相。sR电动机遵循“磁阻最小原理”，产生的磁拉力形成磁阻性质的电磁转矩而使转子转动。若顺序给D—A—B—c—D相绕组通电，则转子便按逆时针方向连续转动起来。当主开关管s1、s2导通时，A相绕组从直流电源V吸收电能;当s1、s2关断时，绕组电流通过续流二级管D1、D2将剩余的能量[旦I馈给电源。
功率变换器向双凸极电动机提供运转所需要的能量，位置检测器是转子位置及速度等信号的提供者，是用来确定转子磁极的相对位置。控制器必须借助位置检测器获得的转子位置信息，以保证在恰当时刻接通或断开相应的相绕组，以产生不同的电磁转矩，获得不同的转速、转向及运行状态。控制器是系统的中枢，它综合处理速度指令、速度返馈信号及电流传感器、位置传感器的反馈信号，从而控制功率变换器中主开关器件的工作状态，实现对双凸极电动机运行状态的最终控制。
1 2双凸极磁阻电动机控制方式
双凸极磁阻电动机的控制参数为：定子绕组电压us、丌通角00n与关断角eoff。双凸极磁阻电动机的控制就是如何合理改变这三个控制参数以达到运行要求。根据改变控制参数的不同方式，双凸极磁阻电动机有3种控制方式，即角度位置控制(An2ular Posltlon cnntrol，简称APcl、电流斩波控制(current choppmg contr01，简称ccc)与电压控制(V。1tage contr01，简称vc)。其中，APc是电压保持不变，通过改变开通角和关断角调节电机转矩大小，适于电机较高速区，但是对于每个由转速与转矩确定的运行点，开通角与关断角有多种组合，每一种组合对应不同的性能，具体操作较复杂，且很难得到满意的性能。ccc一般应用于电机低速区，是为限制电流超过功率开关元件和电机允许的最大电流而采取的方法，ccc实际上是调节电压的有效值，与APc类似，它也可以随转速、负载要求调节开关角;vc是在固定的开关角条件下，通过调节绕组电压来控制电机转速，它分直流侧PwM斩波调压、相开关斩波i刷压与无斩波调压，而无斩波调压是通过调节整流电压以响应电机转速要求，在整个速度范围内只有一个运行模式，即单脉冲方式。
2现代双凸极磁阻电动机控制策略
2 1线性化控制
双凸极磁阻电动机为耦合非线性多变量系统，将非线性控制的微分几何方法应用于双凸极磁阻电动机，对双凸极磁阻电动机实现了非线性状态反馈线性化控制，很好地补偿了双凸极磁阻电动机的非线性特性，解耦了定子相电流在磁阻转矩产生中的影响，但是这种控制策略的缺陷是，系统的实现需要知道电机的所有参数，而且需要全状态(转子位置、转速、加速度、定子电流)可测[2]。采用单相参考转矩为梯形的转矩分配函数，使换相期间的原导通相转矩线性减小，新导通相转矩线性增人，并应用非线性转矩控制补偿反电势与电感的非线性特性，从而使原非线性系统线性化，改善了系统性能，减小了转矩脉动。基于线性控制律的反馈线性化控制器比PID控制器能提供更好的动、静态性能，但是单纯基于线性控制律的反馈线性化控制器，不足以处理sRM模型中的不确定性，在实现时系统性能很难保证。为了增强系统的鲁棒性，针对双凸极磁阻电动机速度跟踪应用，考虑到模型具有不确定性，设计了鲁棒的反馈线性化控制器，通过考虑系统模型的不确定性，虽使双凸极磁阻电动机D系统的暂态、稳态性能及鲁棒性有所改善，但是转矩脉动仍然较大，而且在额定负载下存在7%的速度误差。将反馈线性化技术和奇异摄动技术应用于双凸极磁阻电动机的控制，通过减小转矩脉动实现了双凸极磁阻电动机的高动态性能，但是这种方法使用的是双凸极磁阻电动机的降阶模型，而且它要求知道转矩位置 电流特性的先验知识，要求复杂的线性化和解耦变换电路。基于双凸极磁阻电动机电动态及机械动态的全阶参数化非线性模型，将非线性自适应反馈线性化控制应用于3相双凸极磁阻电动机这种方法减小了系统
建模误差的影响，使用参数的在线估计避免了预先测试，在位置控制的应用中显示了系统的高性能，即转矩脉动大大减小，具有强的抑制干扰能力，而且无需测量电机的加速度，无需先验知识，实现容易。但是，它使用的模型忽略了磁饱和效应，这虽然简化了磁链、电感与相电流问的关系，可同时又带来了不小的误差。
2 2平均转矩控制
基于平均转矩控制中，根据能量守恒，即输入电能约等于输出机械能，其中η为双凸极磁阻电动机的效率，uI表示输入功率，(I)表示转速。通过上面公式可以在线计算出电机的平均转矩。在与依负载要求而给定的转矩比较，通过转矩调节器，调节转矩大小。根据转速，选择不同的控制模块，分别实现ccc与APc控制。这种方法最大的优点就是直接从能量守恒的角度，计算电机输出的电磁转矩，从而克服l『由于双凸极磁阻电动机高度非线性，转矩常常运行于饱和状态，磁阻转矩是定子电流与转子位置的非线性函数，所带来的在线实时讨‘算转矩的困难。
可是，由于双凸极磁阻电动机的效率是速度的函数，在调速的时候，这个参数是变化的，从而转矩计算误差是不日』避免的。还有根据转速选择不同控制模式，存在两种控制方式平稳切换的问题。
虽然此控制方法存在这些问题，但是由于控制原理简单，且容易实现。
2 3基于转矩分配函数规划的控制
基于转矩分配控制中，先定义转矩分弭己函数，用以对各相转矩进行分配，保证各相瞬时转矩之和为一恒定值，从而实现转矩脉动最小;其次通过矩角特性反演出各相电流指令，然后，通过滞环电流闭环控制电机，依负载要求而给疋的转矩给定值，则是通过模糊神经网络控制器的输出而给定的。这种方法不仅有效地抑制了转矩的脉动，而且具有期望的瞬态响应特性。可是，对各相转矩进行任意组合均可产生同样的总转矩，而转矩分配函数的选择直接影响电阻损耗和馈电电压(dwdt)，电阻损耗关系到传动效率，馈电电压关系到转矩一转速容量，所以转矩分配函数及其关联的电流或磁通波形必须被仔细设计。而目.将每相转矩波形确定为一特定函数，虽然他们都满足低转矩脉动这一主要目标，可是由于没有考虑次要目标，如效率及相电压最小等，系统性能还不能令人满意。同时，低耗转矩分配函数是在相电压不受约束、零速时得到的，在高速时可利用的电压不足以跟踪转矩分配函数;而相电压最优时得出的转矩分配函数使得各相连续导通，即使在负转矩区也不例外，从而导致铜耗增加。还有转矩分配函数的离线计算导致系统鲁棒性F降，不能修改电机模型，而且存储转矩分配函数需要的内存过大。
2 4滑模变结构控制
滑模变结构控制是对不定性非线性动力学系统进行控制的种方法。系统中的控制器是由若干个参数或结构不同的子控制器组成的。该系统在工作过程中，预先为控制系统在状态空问11_设计一个特殊的超平面，利用不连续的控制规则，使系统在一定的条件下沿规定的状态轨迹做小幅、高频率的上下运动，迫使系统的状态沿着这个规定的超平面向平衡点渭动，最后渐进稳定于平衡点或平衡点的某个允许的邻域内，即滑动模态运动。滑模变结构控制对系统的参数变化和不确定性扰动有较强的鲁棒性，并具有降阶解耦、响应速度快、动态性能好和易于实现的优点。但是这种系统的缺点就是高频颤动(chatter)这是由于各种非理想情况的存在，如开关延迟，数字实现时的采样延迟等产生的。这种高频颤动现象增加了转矩波动。1993年，Gs Buia首次将变结构控制应用于双凸极磁阻电动机，通过将转矩脉动看作干扰，将非线性看作增益偏差，无需电机的先验特性即可克服双凸极磁阻电动机中的问题，与传统控制r的双凸极磁阻电动机相比，变结构控制的性能被改善，转矩脉动大大减小，系统对参数变化及干扰不敏感，控制策略容易实现。但是它以双凸极磁阻电动机工作于磁特性线性区为<
