開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)振動(dòng)與轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制的多維度解析與策略研究一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代工業(yè)與日常生活中，電機(jī)作為實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵設(shè)備，其性能的優(yōu)劣直接影響到各類(lèi)系統(tǒng)的運(yùn)行效率與穩(wěn)定性。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)（SwitchedReluctanceMotor，SRM）作為一種新型的調(diào)速電機(jī)，憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)極為簡(jiǎn)單，其定、轉(zhuǎn)子均由普通硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子上既無(wú)繞組也無(wú)永磁體，定子極上繞有集中繞組。這種簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)使得電機(jī)的制造工藝大幅簡(jiǎn)化，成本顯著降低，同時(shí)也增強(qiáng)了電機(jī)的堅(jiān)固性和可靠性，使其能夠適應(yīng)如高溫、強(qiáng)震動(dòng)等各種惡劣的工作環(huán)境。例如在礦山開(kāi)采、石油鉆探等惡劣工況下，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，減少了因電機(jī)故障導(dǎo)致的停產(chǎn)損失。在調(diào)速性能方面，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)表現(xiàn)出色，調(diào)速范圍寬廣，能夠在低速下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，且效率較高，有效解決了變頻調(diào)速電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)發(fā)熱嚴(yán)重的問(wèn)題。以電動(dòng)汽車(chē)為例，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)可以根據(jù)車(chē)輛行駛的不同工況，如啟動(dòng)、加速、爬坡、巡航等，靈活調(diào)整轉(zhuǎn)速，滿足車(chē)輛對(duì)動(dòng)力的需求，同時(shí)提高能源利用效率，延長(zhǎng)車(chē)輛的續(xù)航里程。而且，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，適合重載起動(dòng)和負(fù)載變化頻繁的場(chǎng)合。在工業(yè)起重機(jī)、提升機(jī)等設(shè)備中，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)能夠輕松應(yīng)對(duì)重載啟動(dòng)的需求，確保設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。其還具有軟啟動(dòng)特性，起動(dòng)電流小，避免了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，這對(duì)于電網(wǎng)容量有限的地區(qū)或?qū)﹄娋W(wǎng)穩(wěn)定性要求較高的場(chǎng)合尤為重要。由于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩與電流大小有關(guān)，而與電流方向無(wú)關(guān)，繞組只需單方向通電，使得功率變換器及其控制簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高。通過(guò)對(duì)開(kāi)通角、關(guān)斷角及電流峰值的精確控制，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)可以呈現(xiàn)出不同的機(jī)械特性，輕松實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，能夠滿足多種驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合的多樣化需求。在電動(dòng)車(chē)輛的制動(dòng)過(guò)程中，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)可以工作在發(fā)電狀態(tài)，將車(chē)輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能回饋給電池，實(shí)現(xiàn)能量的回收利用，提高了能源利用效率。在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線上，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)能夠根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)和速度調(diào)節(jié)，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。然而，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)也存在一些亟待解決的問(wèn)題，其中較為突出的是振動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問(wèn)題。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)采用雙凸極結(jié)構(gòu)以及開(kāi)關(guān)形式的供電方式，這使得其在運(yùn)行過(guò)程中，各相繞組產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩呈現(xiàn)出脈沖性質(zhì)，導(dǎo)致合成轉(zhuǎn)矩存在較大的脈動(dòng)。當(dāng)電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，這種轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)會(huì)使電機(jī)出現(xiàn)明顯的步進(jìn)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大，影響設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行。在精密加工設(shè)備中，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)會(huì)導(dǎo)致加工精度下降，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；在電動(dòng)汽車(chē)中，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)會(huì)使車(chē)輛行駛時(shí)產(chǎn)生頓挫感，降低乘坐的舒適性。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)還會(huì)引發(fā)電機(jī)的振動(dòng)和噪聲。相繞組輪流導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生的徑向力會(huì)使定子發(fā)生變形，尤其是在換相時(shí)刻，這種變形更為明顯，從而產(chǎn)生較大的噪聲。電機(jī)的振動(dòng)不僅會(huì)影響自身的使用壽命，還可能對(duì)周?chē)脑O(shè)備和環(huán)境造成不良影響。在一些對(duì)噪聲要求嚴(yán)格的場(chǎng)合，如辦公室、醫(yī)院、圖書(shū)館等，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的噪聲問(wèn)題限制了其應(yīng)用。在一些高精度的儀器設(shè)備中，電機(jī)的振動(dòng)可能會(huì)干擾儀器的正常工作，影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。振動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問(wèn)題嚴(yán)重制約了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在一些對(duì)運(yùn)行平穩(wěn)性和精度要求較高領(lǐng)域的應(yīng)用，如精密伺服系統(tǒng)、高端數(shù)控機(jī)床、航空航天等領(lǐng)域。因此，深入研究開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的振動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制方法，具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。從理論層面來(lái)看，研究振動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制方法有助于進(jìn)一步揭示開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行機(jī)理和電磁特性，豐富電機(jī)控制理論。通過(guò)對(duì)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的精確分析和建模，可以深入了解轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)產(chǎn)生的根源，為提出有效的抑制策略提供理論依據(jù)。從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，有效抑制振動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)能夠拓寬開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，提高其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。使開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)能夠滿足更多高端領(lǐng)域的需求，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在新能源汽車(chē)領(lǐng)域，降低開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和振動(dòng)，可以提高車(chē)輛的性能和品質(zhì)，促進(jìn)新能源汽車(chē)的普及和發(fā)展；在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，應(yīng)用低振動(dòng)、低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，可以提高生產(chǎn)設(shè)備的精度和穩(wěn)定性，提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的振動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問(wèn)題一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)，多年來(lái)，眾多學(xué)者圍繞該問(wèn)題展開(kāi)了廣泛而深入的研究，取得了一系列有價(jià)值的成果。在國(guó)外，相關(guān)研究起步較早。早期的研究主要集中在對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行原理和基本特性的探索上，為后續(xù)的振動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制研究奠定了理論基礎(chǔ)。隨著電力電子技術(shù)、控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)外學(xué)者提出了多種抑制開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)振動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法。在控制策略方面，直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）是一種常用的方法。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的直接控制，能夠快速響應(yīng)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)變化。[國(guó)外文獻(xiàn)1]中，研究人員通過(guò)優(yōu)化直接轉(zhuǎn)矩控制中的開(kāi)關(guān)表，根據(jù)電機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài)選擇最優(yōu)的電壓矢量，有效減少了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。但這種方法在低速時(shí)，由于磁鏈觀測(cè)的誤差和開(kāi)關(guān)頻率的限制，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的抑制效果仍有待提高。模型預(yù)測(cè)控制（MPC）也受到了廣泛關(guān)注，[國(guó)外文獻(xiàn)2]提出了基于模型預(yù)測(cè)控制的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制策略，該方法通過(guò)建立電機(jī)的預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)不同控制動(dòng)作下的電機(jī)響應(yīng)，然后選擇最優(yōu)的控制策略，能夠在一定程度上提高電機(jī)的控制性能和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，但計(jì)算量較大，對(duì)硬件要求較高。在電機(jī)本體設(shè)計(jì)方面，國(guó)外學(xué)者通過(guò)改進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)降低振動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。例如，[國(guó)外文獻(xiàn)3]研究了不同的定轉(zhuǎn)子極數(shù)組合對(duì)電機(jī)性能的影響，發(fā)現(xiàn)合理選擇極數(shù)可以減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。[國(guó)外文獻(xiàn)4]則通過(guò)優(yōu)化電機(jī)的齒槽形狀和尺寸，改善了電機(jī)的磁場(chǎng)分布，從而降低了徑向力和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。國(guó)內(nèi)對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)振動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制的研究雖然起步相對(duì)較晚，但發(fā)展迅速。在控制策略方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者在借鑒國(guó)外研究成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了創(chuàng)新和改進(jìn)。文獻(xiàn)[國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)1]提出了一種基于模糊控制的直接轉(zhuǎn)矩控制方法，將模糊控制與直接轉(zhuǎn)矩控制相結(jié)合，通過(guò)模糊控制器對(duì)直接轉(zhuǎn)矩控制中的轉(zhuǎn)矩滯環(huán)寬度和磁鏈滯環(huán)寬度進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，有效提高了系統(tǒng)的魯棒性和抗干擾能力，進(jìn)一步減小了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。文獻(xiàn)[國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)2]研究了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制中的應(yīng)用，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的非線性映射能力，對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行精確預(yù)測(cè)和控制，取得了較好的效果。在電機(jī)本體設(shè)計(jì)方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者也進(jìn)行了大量的研究工作。文獻(xiàn)[國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)3]通過(guò)有限元分析軟件對(duì)電機(jī)的磁場(chǎng)進(jìn)行仿真分析，深入研究了電機(jī)的電磁特性，為電機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。文獻(xiàn)[國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)4]提出了一種新型的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)，通過(guò)增加輔助齒和優(yōu)化繞組布局，有效降低了電機(jī)的振動(dòng)和噪聲。盡管?chē)?guó)內(nèi)外在開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)振動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制方面取得了豐碩的成果，但仍存在一些不足之處。部分控制策略雖然在理論上能夠有效抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，但在實(shí)際應(yīng)用中，由于受到電機(jī)參數(shù)變化、外部干擾等因素的影響，控制效果會(huì)有所下降。電機(jī)本體設(shè)計(jì)的改進(jìn)往往會(huì)增加電機(jī)的制造成本和復(fù)雜度，限制了其在一些對(duì)成本敏感的領(lǐng)域的應(yīng)用。目前的研究大多集中在單一的抑制方法上，綜合多種方法的研究相對(duì)較少，如何將不同的抑制方法有機(jī)結(jié)合，形成更加有效的綜合抑制策略，還有待進(jìn)一步探索。在未來(lái)的研究中，可以進(jìn)一步深入研究開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的非線性特性，建立更加精確的電機(jī)模型，為控制策略的優(yōu)化提供更堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。加強(qiáng)對(duì)多物理場(chǎng)耦合的研究，考慮電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的電磁、熱、機(jī)械等多方面因素的相互影響，從更全面的角度解決振動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問(wèn)題。還可以探索新的材料和制造工藝，在不增加成本的前提下，進(jìn)一步優(yōu)化電機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能，提高開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)力。1.3研究?jī)?nèi)容與方法本文主要從開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、控制策略改進(jìn)以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等方面展開(kāi)研究，旨在提出有效的振動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制方法，具體內(nèi)容如下：開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究：深入分析開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，運(yùn)用電磁場(chǎng)理論和有限元分析方法，研究定轉(zhuǎn)子極數(shù)組合、齒槽形狀和尺寸、繞組布局等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)電機(jī)電磁特性和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的影響規(guī)律。通過(guò)建立電機(jī)的三維模型，進(jìn)行仿真分析，優(yōu)化電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)，降低電機(jī)的徑向力和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。探索新型的電機(jī)結(jié)構(gòu)，如采用不等齒寬、斜槽、輔助齒等結(jié)構(gòu)形式，改善電機(jī)的磁場(chǎng)分布，減少電磁力的波動(dòng)，從而降低電機(jī)的振動(dòng)和噪聲。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制策略研究：研究傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制策略，如電流斬波控制（CCC）、角度位置控制（APC）、直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）等，分析其在抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)方面的優(yōu)缺點(diǎn)。針對(duì)傳統(tǒng)控制策略的不足，提出改進(jìn)的控制策略。將智能控制算法，如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等與傳統(tǒng)控制策略相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的自適應(yīng)控制，提高控制性能和魯棒性。研究多相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的協(xié)同控制策略，優(yōu)化各相繞組的導(dǎo)通順序和導(dǎo)通時(shí)間，使各相電磁轉(zhuǎn)矩相互補(bǔ)償，減小合成轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析：搭建開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括電機(jī)本體、功率變換器、控制器、傳感器等部分。采用優(yōu)化后的電機(jī)結(jié)構(gòu)和改進(jìn)的控制策略，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、電流、振動(dòng)等參數(shù)。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證所提出的振動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制方法的有效性和可行性。對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行深入分析，進(jìn)一步優(yōu)化電機(jī)結(jié)構(gòu)和控制策略，提高電機(jī)的性能。本文采用理論分析、仿真與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究方法：理論分析：運(yùn)用電機(jī)學(xué)、電磁學(xué)、控制理論等相關(guān)知識(shí)，對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行原理、電磁特性、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理等進(jìn)行深入分析，為后續(xù)的研究提供理論基礎(chǔ)。通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩、電感、磁鏈等參數(shù)的計(jì)算公式，分析各參數(shù)之間的關(guān)系，揭示轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的本質(zhì)原因。仿真研究：利用專(zhuān)業(yè)的電磁仿真軟件，如ANSYSMaxwell、JMAG等，建立開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的模型，進(jìn)行電磁場(chǎng)仿真分析。通過(guò)仿真，可以直觀地觀察電機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)分布、電磁力的大小和方向，分析不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和控制策略對(duì)電機(jī)性能的影響，為電機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和控制策略的改進(jìn)提供依據(jù)。在MATLAB/Simulink等仿真平臺(tái)上，搭建開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真模型，對(duì)各種控制策略進(jìn)行仿真研究，對(duì)比分析不同控制策略下電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、轉(zhuǎn)速波動(dòng)等性能指標(biāo)，篩選出最優(yōu)的控制策略。實(shí)驗(yàn)研究：搭建開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，驗(yàn)證理論分析和仿真結(jié)果的正確性。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，總結(jié)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)一步優(yōu)化電機(jī)結(jié)構(gòu)和控制策略，提高電機(jī)的性能。二、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理與特性2.1基本結(jié)構(gòu)與運(yùn)行原理開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成，定、轉(zhuǎn)子均采用普通硅鋼片疊壓制成，這種材料具有良好的導(dǎo)磁性能，能夠有效降低電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的磁滯損耗和渦流損耗，提高電機(jī)的效率。其獨(dú)特的雙凸極結(jié)構(gòu)是區(qū)別于其他電機(jī)的重要特征，即定子和轉(zhuǎn)子上均設(shè)有凸極，且轉(zhuǎn)子上既無(wú)繞組也無(wú)永磁體，這使得電機(jī)的結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單、堅(jiān)固，降低了制造難度和成本，同時(shí)也提高了電機(jī)的可靠性和適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力。定子上均勻分布著一定數(shù)量的凸極，每個(gè)凸極上繞有集中繞組，徑向相對(duì)的兩個(gè)繞組串聯(lián)在一起，構(gòu)成一相繞組。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)可以設(shè)計(jì)成不同的相數(shù)，常見(jiàn)的有三相、四相和五相。相數(shù)的選擇會(huì)對(duì)電機(jī)的性能產(chǎn)生重要影響，相數(shù)越多，步距角越小，電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性越好，但同時(shí)也會(huì)增加電機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度和成本。在三相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)中，常見(jiàn)的定轉(zhuǎn)子極數(shù)組合有6/4結(jié)構(gòu)和12/8結(jié)構(gòu)；四相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)多采用8/6結(jié)構(gòu)。不同的極數(shù)組合會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的電感特性、轉(zhuǎn)矩特性以及電磁力分布等方面存在差異，從而影響電機(jī)的整體性能。以三相6/4結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)為例，其定子有6個(gè)凸極，分為A、B、C三相，每相由兩個(gè)徑向相對(duì)的凸極繞組組成；轉(zhuǎn)子有4個(gè)凸極。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行原理遵循“磁阻最小原理”，即磁通總是傾向于沿著磁阻最小的路徑閉合。當(dāng)定子某相繞組通電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)力的作用下，轉(zhuǎn)子會(huì)朝著使該相磁阻最小的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，也就是使轉(zhuǎn)子凸極軸線與定子通電相凸極軸線重合的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。假設(shè)電機(jī)初始狀態(tài)下，A相繞組通電，此時(shí)定子A相凸極產(chǎn)生磁場(chǎng)，由于磁阻最小原理，轉(zhuǎn)子會(huì)受到磁場(chǎng)力的吸引，朝著使A相磁阻最小的位置轉(zhuǎn)動(dòng)，即轉(zhuǎn)子凸極向定子A相凸極對(duì)齊的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到A相磁阻最小位置時(shí)，A相繞組斷電，B相繞組通電，轉(zhuǎn)子又會(huì)受到B相磁場(chǎng)力的作用，繼續(xù)朝著使B相磁阻最小的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。依次類(lèi)推，按照A-B-C的順序輪流通電，轉(zhuǎn)子就會(huì)持續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)起來(lái)。若改變通電順序?yàn)镃-B-A，則電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向會(huì)發(fā)生改變。由此可見(jiàn)，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)向僅取決于相繞組的通電順序，而與電流方向無(wú)關(guān)，這一特性使得電機(jī)的控制更加靈活。在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，隨著轉(zhuǎn)子位置的不斷變化，各相繞組的電感也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生改變。電感的變化與電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩密切相關(guān)，電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式為：T=\frac{1}{2}i^{2}\frac{dL}{d\theta}其中，T表示電磁轉(zhuǎn)矩，i為繞組電流，L是電感，\theta是轉(zhuǎn)子位置角。從該公式可以看出，電磁轉(zhuǎn)矩不僅與繞組電流的平方成正比，還與電感隨轉(zhuǎn)子位置角的變化率有關(guān)。當(dāng)電感隨轉(zhuǎn)子位置角的變化率較大時(shí)，在相同的電流條件下，電機(jī)能夠產(chǎn)生更大的電磁轉(zhuǎn)矩。這就意味著通過(guò)合理設(shè)計(jì)電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，優(yōu)化電感隨轉(zhuǎn)子位置的變化規(guī)律，可以有效提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩性能。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行過(guò)程涉及到復(fù)雜的電磁轉(zhuǎn)換和機(jī)械運(yùn)動(dòng)，其性能受到電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)、繞組通電方式以及控制策略等多種因素的綜合影響。深入理解這些因素之間的相互關(guān)系，對(duì)于優(yōu)化電機(jī)設(shè)計(jì)、提高電機(jī)性能以及抑制振動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)具有重要的理論指導(dǎo)意義。2.2電磁特性分析開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的電磁特性是研究其運(yùn)行性能和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的關(guān)鍵，深入剖析磁鏈、電感與電磁轉(zhuǎn)矩特性及其與轉(zhuǎn)子位置和相電流的非線性關(guān)系，對(duì)于揭示電機(jī)運(yùn)行機(jī)理、優(yōu)化電機(jī)設(shè)計(jì)和控制策略具有重要意義。2.2.1磁鏈特性磁鏈?zhǔn)敲枋鲭姍C(jī)磁場(chǎng)的重要物理量，它反映了繞組與磁場(chǎng)之間的耦合程度。在開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)中，磁鏈不僅與繞組電流有關(guān)，還與轉(zhuǎn)子位置密切相關(guān)，呈現(xiàn)出高度的非線性特性。對(duì)于某一相繞組，其磁鏈\psi可以表示為：\psi=L(i,\theta)i其中，L(i,\theta)為該相繞組的電感，它是電流i和轉(zhuǎn)子位置角\theta的函數(shù)。由于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的定轉(zhuǎn)子采用雙凸極結(jié)構(gòu)，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，氣隙磁導(dǎo)不斷變化，導(dǎo)致電感L(i,\theta)呈現(xiàn)出非線性變化。當(dāng)轉(zhuǎn)子凸極與定子凸極逐漸接近直至對(duì)齊時(shí)，氣隙磁阻逐漸減小，磁導(dǎo)增大，電感逐漸增大；反之，當(dāng)轉(zhuǎn)子凸極與定子凸極逐漸錯(cuò)開(kāi)時(shí)，氣隙磁阻增大，磁導(dǎo)減小，電感逐漸減小。這種電感隨轉(zhuǎn)子位置的變化，使得磁鏈也呈現(xiàn)出相應(yīng)的非線性變化規(guī)律。在實(shí)際運(yùn)行中，通過(guò)有限元分析軟件對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)進(jìn)行仿真，可以直觀地觀察到磁鏈隨轉(zhuǎn)子位置和相電流的變化情況。以三相12/8結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)為例，當(dāng)相電流保持不變時(shí)，在一個(gè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，磁鏈會(huì)隨著轉(zhuǎn)子位置的改變而發(fā)生周期性變化。在轉(zhuǎn)子凸極與定子凸極對(duì)齊位置附近，磁鏈達(dá)到最大值；而在轉(zhuǎn)子凸極與定子凹槽對(duì)齊位置附近，磁鏈達(dá)到最小值。而且，隨著相電流的增大，磁鏈的幅值也會(huì)相應(yīng)增大，這表明磁鏈與相電流之間存在著正相關(guān)關(guān)系。磁鏈特性還會(huì)受到電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響，如定轉(zhuǎn)子極數(shù)、極弧系數(shù)、氣隙長(zhǎng)度等。不同的極數(shù)組合會(huì)導(dǎo)致電機(jī)磁場(chǎng)分布的差異，從而影響磁鏈的變化規(guī)律；極弧系數(shù)的改變會(huì)影響氣隙磁導(dǎo)的變化范圍，進(jìn)而影響磁鏈的大小和變化趨勢(shì)；氣隙長(zhǎng)度的增加會(huì)使氣隙磁阻增大，磁鏈幅值減小，同時(shí)也會(huì)使磁鏈隨轉(zhuǎn)子位置的變化更加平緩。2.2.2電感特性電感是開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的重要電磁參數(shù)之一，它對(duì)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩、電流波形以及運(yùn)行效率等都有著重要影響。由于電機(jī)的雙凸極結(jié)構(gòu)和磁路的非線性，其電感特性呈現(xiàn)出復(fù)雜的非線性變化，且與轉(zhuǎn)子位置和相電流密切相關(guān)。電感L與磁鏈\psi和電流i的關(guān)系為：L=\frac{\psi}{i}結(jié)合前面磁鏈的表達(dá)式\psi=L(i,\theta)i，可以看出電感L實(shí)際上是一個(gè)關(guān)于電流i和轉(zhuǎn)子位置角\theta的函數(shù)，即L=L(i,\theta)。在開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子位置發(fā)生變化時(shí)，定轉(zhuǎn)子之間的氣隙磁導(dǎo)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致電感發(fā)生顯著變化。在轉(zhuǎn)子凸極與定子凸極對(duì)齊位置（\theta=\theta_{aligned}），氣隙磁阻最小，磁導(dǎo)最大，此時(shí)電感達(dá)到最大值L_{max}；而在轉(zhuǎn)子凸極與定子凹槽對(duì)齊位置（\theta=\theta_{unaligned}），氣隙磁阻最大，磁導(dǎo)最小，電感達(dá)到最小值L_{min}。電感隨轉(zhuǎn)子位置的變化曲線呈現(xiàn)出明顯的周期性，且在一個(gè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，電感會(huì)經(jīng)歷從最小值到最大值再回到最小值的變化過(guò)程。電感還與相電流大小有關(guān)。當(dāng)電流較小時(shí)，磁路處于不飽和狀態(tài)，電感主要由電機(jī)的幾何結(jié)構(gòu)和磁導(dǎo)率決定，此時(shí)電感隨電流的變化較??；隨著電流的增大，磁路逐漸飽和，磁導(dǎo)率下降，電感會(huì)隨著電流的增大而減小。這種電感與電流的非線性關(guān)系，使得開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的電磁特性更加復(fù)雜。為了更深入地了解電感特性，通過(guò)有限元分析軟件對(duì)不同電流和轉(zhuǎn)子位置下的電感進(jìn)行計(jì)算和分析。結(jié)果表明，在同一轉(zhuǎn)子位置下，電感隨著電流的增大而逐漸減小，且電流越大，電感下降的趨勢(shì)越明顯；在不同轉(zhuǎn)子位置下，電感的變化范圍和變化趨勢(shì)也有所不同，在電感變化率較大的區(qū)域，電磁轉(zhuǎn)矩對(duì)電流的變化更為敏感。電感特性對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行性能有著重要影響。在電機(jī)控制中，準(zhǔn)確掌握電感特性對(duì)于優(yōu)化控制策略、減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)具有重要意義。在電流斬波控制中，電感的變化會(huì)影響電流的上升和下降速度，進(jìn)而影響電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出和運(yùn)行穩(wěn)定性；在直接轉(zhuǎn)矩控制中，電感作為重要的參數(shù)參與轉(zhuǎn)矩和磁鏈的計(jì)算，其準(zhǔn)確性直接影響控制效果。2.2.3電磁轉(zhuǎn)矩特性電磁轉(zhuǎn)矩是開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵物理量，其特性直接決定了電機(jī)的輸出性能和運(yùn)行穩(wěn)定性。電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生源于電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)的相互作用，與磁鏈、電感以及相電流密切相關(guān)，呈現(xiàn)出復(fù)雜的非線性特性。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以通過(guò)虛位移原理推導(dǎo)得出，其表達(dá)式為：T=\frac{1}{2}i^{2}\frac{dL}{d\theta}從該公式可以看出，電磁轉(zhuǎn)矩T與相電流i的平方成正比，與電感對(duì)轉(zhuǎn)子位置角的變化率\frac{dL}{d\theta}也成正比。當(dāng)\frac{dL}{d\theta}>0時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)\frac{dL}{d\theta}<0時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，隨著轉(zhuǎn)子位置的變化，電感L發(fā)生改變，從而導(dǎo)致\frac{dL}{d\theta}發(fā)生變化，使得電磁轉(zhuǎn)矩也隨之變化。在一個(gè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，電磁轉(zhuǎn)矩呈現(xiàn)出脈沖性質(zhì)，這是開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)產(chǎn)生的主要原因之一。當(dāng)轉(zhuǎn)子凸極逐漸靠近定子凸極時(shí)，\frac{dL}{d\theta}逐漸增大，電磁轉(zhuǎn)矩逐漸增大；當(dāng)轉(zhuǎn)子凸極與定子凸極對(duì)齊時(shí)，\frac{dL}{d\theta}=0，電磁轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值；此后，隨著轉(zhuǎn)子凸極逐漸離開(kāi)定子凸極，\frac{dL}{d\theta}逐漸減小，電磁轉(zhuǎn)矩逐漸減小。電磁轉(zhuǎn)矩還與相電流的大小和波形密切相關(guān)。在一定范圍內(nèi)，增大相電流可以增大電磁轉(zhuǎn)矩，但同時(shí)也會(huì)增加電機(jī)的銅耗和鐵耗，降低電機(jī)效率。而且，相電流的波形會(huì)影響電磁轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)情況，通過(guò)優(yōu)化相電流波形，可以有效減小電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。采用合適的控制策略，使相電流在電感變化率較大的區(qū)間內(nèi)保持相對(duì)穩(wěn)定，從而減小電磁轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)。通過(guò)有限元分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)試，可以對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩特性進(jìn)行深入研究。有限元分析可以直觀地展示電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)分布和電磁轉(zhuǎn)矩的變化情況，通過(guò)改變電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)和控制參數(shù)，分析其對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)測(cè)試則可以獲取電機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)，驗(yàn)證理論分析和仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。研究表明，不同的定轉(zhuǎn)子極數(shù)組合、極弧系數(shù)、氣隙長(zhǎng)度等結(jié)構(gòu)參數(shù)會(huì)對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩特性產(chǎn)生顯著影響。合理選擇定轉(zhuǎn)子極數(shù)組合，可以?xún)?yōu)化電磁轉(zhuǎn)矩的分布，減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；增大極弧系數(shù)可以提高電磁轉(zhuǎn)矩的幅值，但也可能會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)增大；適當(dāng)減小氣隙長(zhǎng)度可以提高電磁轉(zhuǎn)矩，但會(huì)增加電機(jī)的制造難度和成本，同時(shí)也可能會(huì)加劇電機(jī)的振動(dòng)和噪聲。2.3轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)與振動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和振動(dòng)問(wèn)題是限制其廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素，深入剖析其產(chǎn)生機(jī)理對(duì)于提出有效的抑制方法至關(guān)重要。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和振動(dòng)的產(chǎn)生涉及電機(jī)的電磁、機(jī)械等多個(gè)方面，是多種因素相互作用的結(jié)果。2.3.1轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)產(chǎn)生原因開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)主要源于其獨(dú)特的雙凸極結(jié)構(gòu)、磁路飽和特性以及電流換向過(guò)程中的復(fù)雜電磁變化。雙凸極結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)：開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的定轉(zhuǎn)子采用雙凸極結(jié)構(gòu)，在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，隨著轉(zhuǎn)子位置的變化，定轉(zhuǎn)子之間的氣隙磁導(dǎo)呈現(xiàn)出非線性變化。根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩公式T=\frac{1}{2}i^{2}\frac{dL}{d\theta}，電感L對(duì)轉(zhuǎn)子位置角\theta的變化率\frac{dL}{d\theta}是影響電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)鍵因素。當(dāng)轉(zhuǎn)子凸極與定子凸極逐漸接近直至對(duì)齊的過(guò)程中，\frac{dL}{d\theta}先增大后減小，導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩呈現(xiàn)出脈沖特性。在一個(gè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，各相電磁轉(zhuǎn)矩的疊加使得合成轉(zhuǎn)矩存在較大的脈動(dòng)。以三相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)為例，在某一時(shí)刻，一相電磁轉(zhuǎn)矩達(dá)到峰值，而其他相的電磁轉(zhuǎn)矩可能處于較小值，這種各相電磁轉(zhuǎn)矩的不均衡疊加導(dǎo)致了合成轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。磁路飽和引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)：隨著相電流的增大，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的磁路會(huì)逐漸進(jìn)入飽和狀態(tài)。磁路飽和會(huì)導(dǎo)致電感L不再是常數(shù)，而是隨著電流和轉(zhuǎn)子位置的變化呈現(xiàn)出更為復(fù)雜的非線性特性。當(dāng)磁路飽和時(shí)，\frac{dL}{d\theta}的變化規(guī)律發(fā)生改變，使得電磁轉(zhuǎn)矩與理想情況下的線性變化產(chǎn)生偏差，從而加劇了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。在大電流工況下，磁路飽和程度加深，電感的非線性特性更加明顯，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)也會(huì)更加嚴(yán)重。電流換向?qū)е碌霓D(zhuǎn)矩脈動(dòng)：在開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，各相繞組需要依次導(dǎo)通和關(guān)斷，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的連續(xù)旋轉(zhuǎn)。在電流換向時(shí)刻，由于繞組電感的存在，電流不能瞬間突變，會(huì)出現(xiàn)電流重疊或斷續(xù)的現(xiàn)象。這種電流的非理想換向會(huì)導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。在某相繞組關(guān)斷時(shí)，其電流不能立即降為零，而此時(shí)下一相繞組已經(jīng)開(kāi)始導(dǎo)通，會(huì)出現(xiàn)兩相電流同時(shí)存在的情況，這種電流重疊會(huì)使電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生波動(dòng)；當(dāng)電流換向不及時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電流斷續(xù)，導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩瞬間下降，也會(huì)加劇轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。2.3.2振動(dòng)產(chǎn)生原理開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的振動(dòng)主要由不平衡電磁力和機(jī)械結(jié)構(gòu)因素共同作用產(chǎn)生。不平衡電磁力引發(fā)的振動(dòng)：開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行時(shí)，定子繞組中通以電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子相互作用產(chǎn)生電磁力。由于電機(jī)結(jié)構(gòu)和磁場(chǎng)分布的不對(duì)稱(chēng)性，會(huì)產(chǎn)生不平衡的電磁力。這種不平衡電磁力會(huì)使定子受到周期性的徑向力和切向力作用。徑向力會(huì)使定子產(chǎn)生徑向變形，當(dāng)徑向力的頻率與定子的固有頻率接近時(shí)，會(huì)引發(fā)共振，導(dǎo)致振動(dòng)加??；切向力則會(huì)使定子產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。在開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)中，由于各相繞組的分布和通電順序的影響，會(huì)在定子上產(chǎn)生不均勻的徑向電磁力，從而導(dǎo)致定子的振動(dòng)。機(jī)械結(jié)構(gòu)因素導(dǎo)致的振動(dòng)：電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)本身也會(huì)對(duì)振動(dòng)產(chǎn)生影響。定子和轉(zhuǎn)子的制造精度、裝配質(zhì)量以及軸承的性能等都會(huì)影響電機(jī)的振動(dòng)特性。如果定子和轉(zhuǎn)子的同心度不好，會(huì)導(dǎo)致氣隙不均勻，從而使電磁力分布不均，加劇振動(dòng)；軸承的磨損或松動(dòng)會(huì)使轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線發(fā)生偏移，產(chǎn)生額外的振動(dòng)和噪聲。電機(jī)的機(jī)座剛度不足也會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)的放大。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)傳遞到機(jī)座上，如果機(jī)座剛度不夠，機(jī)座會(huì)發(fā)生較大的變形，進(jìn)一步加劇振動(dòng)的傳播和輻射。三、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制策略3.1基于電機(jī)本體設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略3.1.1定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的性能，尤其是轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)有著至關(guān)重要的影響。通過(guò)合理優(yōu)化這些參數(shù)，可以有效改善電機(jī)的電磁特性，降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。氣隙長(zhǎng)度是影響開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)性能的關(guān)鍵參數(shù)之一。氣隙長(zhǎng)度的變化會(huì)直接影響電機(jī)的磁阻、電感以及電磁力的大小和分布。當(dāng)氣隙長(zhǎng)度較小時(shí)，磁阻較小，磁導(dǎo)率較高，電機(jī)的電感較大，電磁力也相應(yīng)增大，從而可以提高電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。然而，過(guò)小的氣隙長(zhǎng)度會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的磁路飽和程度增加，使得電感的非線性特性更加明顯，進(jìn)而加劇轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。而且，氣隙過(guò)小還會(huì)增加電機(jī)制造和裝配的難度，容易出現(xiàn)定轉(zhuǎn)子摩擦等問(wèn)題，降低電機(jī)的可靠性。相反，當(dāng)氣隙長(zhǎng)度較大時(shí)，磁阻增大，電感減小，電磁力減弱，雖然可以在一定程度上減小磁路飽和帶來(lái)的影響，降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，但同時(shí)也會(huì)使電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩降低，效率下降。存在一個(gè)最優(yōu)的氣隙長(zhǎng)度值，能夠在保證電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的前提下，最大限度地減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。以某三相12/8結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)為例，通過(guò)有限元分析軟件對(duì)不同氣隙長(zhǎng)度下的電機(jī)性能進(jìn)行仿真研究。當(dāng)氣隙長(zhǎng)度為0.5mm時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，輸出轉(zhuǎn)矩也相對(duì)較??；隨著氣隙長(zhǎng)度逐漸增大到0.8mm，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)明顯減小，輸出轉(zhuǎn)矩略有下降，但仍能滿足實(shí)際應(yīng)用需求；當(dāng)氣隙長(zhǎng)度繼續(xù)增大到1.2mm時(shí)，雖然轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)進(jìn)一步減小，但輸出轉(zhuǎn)矩下降幅度較大，已不能滿足實(shí)際工作要求。極弧系數(shù)也是影響開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的重要參數(shù)。極弧系數(shù)是指定子或轉(zhuǎn)子極弧長(zhǎng)度與極距的比值，它會(huì)影響電機(jī)的磁場(chǎng)分布和電磁力的大小。對(duì)于定子極弧系數(shù)，當(dāng)極弧系數(shù)較小時(shí)，電機(jī)的磁場(chǎng)分布較為集中，電磁力主要作用在極弧范圍內(nèi)，此時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)相對(duì)較小，但由于磁場(chǎng)作用范圍有限，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩也較小。隨著定子極弧系數(shù)的增大，磁場(chǎng)分布范圍擴(kuò)大，電磁力作用范圍也相應(yīng)增大，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩得到提高，但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致磁場(chǎng)分布不均勻性增加，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)增大。轉(zhuǎn)子極弧系數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的影響與定子極弧系數(shù)類(lèi)似。當(dāng)轉(zhuǎn)子極弧系數(shù)較小時(shí)，電機(jī)的自起動(dòng)性能較差，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大；適當(dāng)增大轉(zhuǎn)子極弧系數(shù)，可以改善電機(jī)的自起動(dòng)性能，減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，但過(guò)大的轉(zhuǎn)子極弧系數(shù)會(huì)使電機(jī)的磁路飽和程度增加，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)再次增大。在設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)時(shí)，需要綜合考慮定子和轉(zhuǎn)子極弧系數(shù)，通過(guò)優(yōu)化兩者的取值，找到一個(gè)既能保證電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，又能有效減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的平衡點(diǎn)。以某四相8/6結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)為例，當(dāng)定子極弧系數(shù)為0.4，轉(zhuǎn)子極弧系數(shù)為0.35時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較小，輸出轉(zhuǎn)矩也能滿足設(shè)計(jì)要求。軛部厚度同樣會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)產(chǎn)生影響。定子軛部主要起到導(dǎo)磁的作用，其厚度會(huì)影響磁路的磁阻和磁通量。當(dāng)定子軛部厚度較薄時(shí)，磁阻較大，磁通量較小，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)受到影響，同時(shí)由于磁路的不飽和程度較低，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)可能會(huì)相對(duì)較大。適當(dāng)增加定子軛部厚度，可以減小磁阻，增大磁通量，提高電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也有助于減小磁路飽和帶來(lái)的影響，降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。轉(zhuǎn)子軛部主要承受轉(zhuǎn)子的機(jī)械應(yīng)力，其厚度會(huì)影響轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度和磁路的磁阻。轉(zhuǎn)子軛部厚度過(guò)薄，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度不足，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)容易發(fā)生變形甚至損壞；而轉(zhuǎn)子軛部過(guò)厚，會(huì)使磁阻增大，影響電機(jī)的電磁性能，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)增大。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)電機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，合理選擇轉(zhuǎn)子軛部厚度，以保證電機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度和電磁性能。對(duì)于某一款開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，通過(guò)仿真分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)定子軛部厚度從10mm增加到12mm時(shí)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)明顯減小，電機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性得到提高；而當(dāng)轉(zhuǎn)子軛部厚度從8mm增加到10mm時(shí)，雖然電機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度有所增強(qiáng)，但轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)也有所增大。定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，需要綜合考慮多個(gè)因素之間的相互影響。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，通常采用有限元分析等方法，對(duì)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)組合下的電機(jī)性能進(jìn)行仿真分析，通過(guò)對(duì)比不同方案的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、輸出轉(zhuǎn)矩、效率等性能指標(biāo)，篩選出最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)組合，以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的有效抑制和性能的優(yōu)化。3.1.2轉(zhuǎn)子斜極技術(shù)轉(zhuǎn)子斜極技術(shù)是一種有效的抑制開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法，其原理基于電機(jī)電磁力的分布特性和磁場(chǎng)的相互作用。在傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)中，定轉(zhuǎn)子極之間的電磁力在軸向方向上是均勻分布的，這使得電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，由于各相電磁力的周期性變化，會(huì)產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。當(dāng)采用轉(zhuǎn)子斜極技術(shù)時(shí)，轉(zhuǎn)子的極沿軸向方向不是直的，而是具有一定的傾斜角度。這種傾斜結(jié)構(gòu)改變了電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)的分布情況。在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，定子與轉(zhuǎn)子之間的磁場(chǎng)相互作用不再是瞬間完成的，而是逐漸變化的。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)某相定子繞組通電時(shí)，由于轉(zhuǎn)子斜極的存在，該相電磁力在軸向方向上不再是集中作用于一個(gè)位置，而是沿著斜極方向逐漸分布。這使得電磁力的變化更加平滑，避免了因電磁力突變而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。從數(shù)學(xué)角度來(lái)看，假設(shè)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為T(mén)=\frac{1}{2}i^{2}\frac{dL}{d\theta}，在傳統(tǒng)電機(jī)中，電感L隨轉(zhuǎn)子位置\theta的變化是較為陡峭的，導(dǎo)致\frac{dL}{d\theta}的變化也較為劇烈，從而產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。而在采用轉(zhuǎn)子斜極技術(shù)后，電感L隨轉(zhuǎn)子位置\theta的變化變得更加平緩，使得\frac{dL}{d\theta}的變化也相對(duì)平穩(wěn)，進(jìn)而減小了電磁轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。為了更直觀地對(duì)比斜極前后轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的改善效果，以某三相6/4結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)為例進(jìn)行研究。在未采用轉(zhuǎn)子斜極技術(shù)時(shí)，通過(guò)有限元分析軟件對(duì)電機(jī)進(jìn)行仿真，得到的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)曲線顯示，在一個(gè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)幅值較大，最大轉(zhuǎn)矩與最小轉(zhuǎn)矩之間的差值較為明顯。當(dāng)采用一定斜極角度（如15°）的轉(zhuǎn)子斜極技術(shù)后，再次進(jìn)行仿真分析。結(jié)果表明，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)幅值顯著減小，最大轉(zhuǎn)矩與最小轉(zhuǎn)矩之間的差值明顯縮小，電機(jī)的合成轉(zhuǎn)矩更加平滑，運(yùn)行穩(wěn)定性得到了顯著提高。實(shí)驗(yàn)測(cè)試也進(jìn)一步驗(yàn)證了轉(zhuǎn)子斜極技術(shù)的有效性。在搭建的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，分別對(duì)未斜極和斜極后的電機(jī)進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)量電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，發(fā)現(xiàn)未斜極電機(jī)在運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較大，會(huì)引起電機(jī)的明顯振動(dòng)和噪聲；而斜極后的電機(jī)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)明顯減小，電機(jī)運(yùn)行更加平穩(wěn)，振動(dòng)和噪聲也得到了有效降低。需要注意的是，轉(zhuǎn)子斜極技術(shù)雖然能夠有效抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，但也會(huì)帶來(lái)一些負(fù)面影響。由于斜極結(jié)構(gòu)增加了電機(jī)制造的工藝難度和成本，對(duì)制造精度的要求更高；斜極還會(huì)在一定程度上降低電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，因?yàn)樾睒O會(huì)使部分電磁力在軸向方向上產(chǎn)生分力，導(dǎo)致有效轉(zhuǎn)矩減小。在應(yīng)用轉(zhuǎn)子斜極技術(shù)時(shí)，需要綜合考慮轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制效果、電機(jī)制造工藝和成本以及輸出轉(zhuǎn)矩等因素，合理選擇斜極角度和設(shè)計(jì)方案，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能平衡。3.2控制策略?xún)?yōu)化3.2.1電流斬波控制（CCC）電流斬波控制（CurrentChoppingControl，CCC）是開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)常用的一種控制策略，尤其適用于電機(jī)啟動(dòng)和低速運(yùn)行階段。在電機(jī)啟動(dòng)和低速運(yùn)行時(shí)，由于旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)引起的壓降較小，相繞組電流上升速度較快。若不加以控制，過(guò)大的電流脈沖峰值可能會(huì)超過(guò)功率開(kāi)關(guān)元件和電機(jī)允許的最大電流，從而對(duì)電機(jī)和功率變換器造成損壞。為避免這種情況，電流斬波控制通過(guò)主開(kāi)關(guān)器件的多次導(dǎo)通、關(guān)斷，將電流限制在給定的電流上下限之間，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制。具體而言，在電流斬波控制中，首先設(shè)定電流斬波上限值I_{max}和下限值I_{min}。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，實(shí)時(shí)檢測(cè)相繞組電流I。當(dāng)電流I上升到電流斬波上限值I_{max}時(shí)，控制電路發(fā)出信號(hào)，使主開(kāi)關(guān)器件斷開(kāi)，此時(shí)相繞組電流通過(guò)續(xù)流二極管續(xù)流，電流快速下降；當(dāng)電流下降到電流斬波下限值I_{min}時(shí)，控制電路再次發(fā)出信號(hào)，使主開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通，電流重新上升。如此反復(fù)，通過(guò)不斷地?cái)夭ǎ瑢㈦娏飨拗圃谠O(shè)定的范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制。不同的斬波頻率和電流上限對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)有著顯著的影響。斬波頻率是指主開(kāi)關(guān)器件在單位時(shí)間內(nèi)的導(dǎo)通和關(guān)斷次數(shù)。當(dāng)斬波頻率較低時(shí)，電流波形會(huì)呈現(xiàn)出較大的波動(dòng)，這是因?yàn)樵诿總€(gè)斬波周期內(nèi)，電流有較長(zhǎng)的時(shí)間上升和下降，導(dǎo)致電流的變化較為劇烈。這種較大的電流波動(dòng)會(huì)使得電磁轉(zhuǎn)矩的變化也較為明顯，從而產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。隨著斬波頻率的提高，電流波形會(huì)變得更加平滑，因?yàn)樵趩挝粫r(shí)間內(nèi)，電流被斬波的次數(shù)增多，電流的變化更加頻繁且幅度更小，使得電磁轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)減小，進(jìn)而減小了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。電流上限的選擇也至關(guān)重要。當(dāng)電流上限設(shè)定過(guò)高時(shí)，雖然電機(jī)能夠產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩，但相繞組電流會(huì)在較高的值附近波動(dòng)，這會(huì)導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)增大，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)也隨之增大。而且，過(guò)高的電流還會(huì)增加電機(jī)的銅耗和鐵耗，降低電機(jī)的效率，甚至可能損壞電機(jī)。相反，當(dāng)電流上限設(shè)定過(guò)低時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩會(huì)受到限制，無(wú)法滿足實(shí)際運(yùn)行的需求，同時(shí)也可能因?yàn)殡娏鞯牟环€(wěn)定而導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)增大。以某三相6/4結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)為例，通過(guò)仿真研究不同斬波頻率和電流上限對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的影響。當(dāng)斬波頻率為1kHz，電流上限為10A時(shí)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)幅值較大，電機(jī)運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)和噪聲較為明顯；當(dāng)斬波頻率提高到5kHz，電流上限保持不變時(shí)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)幅值明顯減小，電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性得到提高；當(dāng)斬波頻率繼續(xù)提高到10kHz時(shí)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)幅值進(jìn)一步減小，但同時(shí)開(kāi)關(guān)損耗也會(huì)增加，對(duì)功率變換器的性能要求更高。在改變電流上限時(shí)，當(dāng)電流上限從10A提高到15A時(shí)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)幅值增大，電機(jī)的效率有所下降；當(dāng)電流上限降低到8A時(shí)，雖然轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)有所減小，但電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩明顯不足，無(wú)法滿足正常運(yùn)行的要求。電流斬波控制通過(guò)合理選擇斬波頻率和電流上限，可以在一定程度上抑制開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高電機(jī)的運(yùn)行性能。但在實(shí)際應(yīng)用中，需要綜合考慮電機(jī)的運(yùn)行工況、功率變換器的性能以及系統(tǒng)的效率等因素，找到一個(gè)最佳的控制參數(shù)組合，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行。3.2.2角度位置控制（APC）角度位置控制（AnglePositionControl，APC）是開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的另一種重要控制策略，它通過(guò)調(diào)節(jié)繞組的開(kāi)通角\theta_{on}和關(guān)斷角\theta_{off}，來(lái)間接控制電流脈動(dòng)的大小和相對(duì)位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制。這種控制方式適用于電機(jī)轉(zhuǎn)速較高、旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)較大、電機(jī)繞組電流相對(duì)較小的情況。在角度位置控制中，開(kāi)通角\theta_{on}是指某相繞組開(kāi)始通電時(shí)轉(zhuǎn)子的位置角，關(guān)斷角\theta_{off}則是指該相繞組斷電時(shí)轉(zhuǎn)子的位置角。通過(guò)改變開(kāi)通角\theta_{on}和關(guān)斷角\theta_{off}，可以改變相電流的波形寬度、電流波形的峰值和有效值大小以及電流波形和電感波形的相對(duì)位置。當(dāng)固定關(guān)斷角\theta_{off}，調(diào)節(jié)開(kāi)通角\theta_{on}時(shí)，如果開(kāi)通角提前，相電流會(huì)在電感變化率較大的區(qū)域開(kāi)始上升，此時(shí)電流上升速度較快，電流波形寬度變寬，電流峰值和有效值增大；如果開(kāi)通角滯后，相電流在電感變化率較小的區(qū)域開(kāi)始上升，電流上升速度較慢，電流波形寬度變窄，電流峰值和有效值減小。若固定開(kāi)通角\theta_{on}，調(diào)節(jié)關(guān)斷角\theta_{off}，一般不影響電流峰值，但可以影響電流波形寬度以及與電感波形的相對(duì)位置，電流有效值也隨之變化。當(dāng)關(guān)斷角增大時(shí)，電流在電感下降區(qū)域的流通時(shí)間延長(zhǎng)，電流波形寬度變寬，電流有效值增大；當(dāng)關(guān)斷角減小時(shí)，電流在電感下降區(qū)域的流通時(shí)間縮短，電流波形寬度變窄，電流有效值減小。開(kāi)通角和關(guān)斷角對(duì)轉(zhuǎn)矩和脈動(dòng)有著重要的影響。開(kāi)通角的大小直接影響電機(jī)的起動(dòng)性能和轉(zhuǎn)矩輸出。如果開(kāi)通角過(guò)小，電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)減小，甚至可能無(wú)法正常起動(dòng)；如果開(kāi)通角過(guò)大，雖然可以提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，但會(huì)導(dǎo)致電流過(guò)大，增加電機(jī)的損耗和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，合適的開(kāi)通角可以使電流在電感變化率較大的區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生，從而獲得較大的電磁轉(zhuǎn)矩。關(guān)斷角的大小則影響電機(jī)的制動(dòng)性能和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。如果關(guān)斷角過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致電流在電感下降區(qū)域的流通時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，產(chǎn)生較大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也會(huì)增加轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；如果關(guān)斷角過(guò)小，電流不能及時(shí)切斷，會(huì)導(dǎo)致能量浪費(fèi)和電機(jī)發(fā)熱。為了更直觀地了解開(kāi)通角和關(guān)斷角對(duì)轉(zhuǎn)矩和脈動(dòng)的影響，以某四相8/6結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)為例進(jìn)行仿真分析。當(dāng)開(kāi)通角為15°，關(guān)斷角為30°時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較小，輸出轉(zhuǎn)矩較為平穩(wěn)；當(dāng)開(kāi)通角增大到20°，關(guān)斷角保持不變時(shí)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)明顯增大，輸出轉(zhuǎn)矩也有所下降；當(dāng)關(guān)斷角增大到35°，開(kāi)通角保持不變時(shí)，雖然輸出轉(zhuǎn)矩有所增加，但轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)也進(jìn)一步增大。實(shí)際應(yīng)用中，由于某一相的開(kāi)通角和關(guān)斷角的調(diào)節(jié)，不僅影響該相電流波形，而且也影響相鄰兩相的電流波形。要實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)角度位置控制方式的最佳運(yùn)行，必須對(duì)每一相的開(kāi)通角和關(guān)斷角分別進(jìn)行優(yōu)化控制?？梢酝ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試和仿真分析，結(jié)合電機(jī)的運(yùn)行工況和性能要求，確定最優(yōu)的開(kāi)通角和關(guān)斷角組合，以達(dá)到減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、提高電機(jī)運(yùn)行性能的目的。3.2.3直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）直接轉(zhuǎn)矩控制（DirectTorqueControl，DTC）是一種高性能的電機(jī)控制策略，其原理是直接對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈進(jìn)行控制，通過(guò)選擇合適的電壓矢量，使電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈快速跟蹤給定值。在開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)中，直接轉(zhuǎn)矩控制具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但也存在一些問(wèn)題。在直接轉(zhuǎn)矩控制中，首先需要建立電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，包括轉(zhuǎn)矩模型和磁鏈模型。通過(guò)檢測(cè)電機(jī)的相電流和轉(zhuǎn)子位置，計(jì)算出電機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩和磁鏈。然后，根據(jù)給定的轉(zhuǎn)矩和磁鏈參考值，以及當(dāng)前電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩和磁鏈值，利用轉(zhuǎn)矩和磁鏈滯環(huán)控制器來(lái)選擇合適的電壓矢量。當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)矩小于給定轉(zhuǎn)矩時(shí)，選擇使轉(zhuǎn)矩增加的電壓矢量；當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)矩大于給定轉(zhuǎn)矩時(shí)，選擇使轉(zhuǎn)矩減小的電壓矢量。同樣，對(duì)于磁鏈，當(dāng)實(shí)際磁鏈小于給定磁鏈時(shí)，選擇使磁鏈增加的電壓矢量；當(dāng)實(shí)際磁鏈大于給定磁鏈時(shí)，選擇使磁鏈減小的電壓矢量。直接轉(zhuǎn)矩控制在抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。它具有快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度，能夠?qū)崟r(shí)跟蹤轉(zhuǎn)矩給定值的變化。在電機(jī)負(fù)載突然變化時(shí)，直接轉(zhuǎn)矩控制可以迅速調(diào)整電壓矢量，使電機(jī)的轉(zhuǎn)矩快速響應(yīng)，減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。由于直接對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁鏈進(jìn)行控制，避免了傳統(tǒng)控制方法中通過(guò)控制電流來(lái)間接控制轉(zhuǎn)矩所帶來(lái)的滯后性，能夠更準(zhǔn)確地控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出，有效減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。直接轉(zhuǎn)矩控制也存在一些問(wèn)題。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈具有較強(qiáng)的非線性特性，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型。這使得在實(shí)際控制中，轉(zhuǎn)矩和磁鏈的計(jì)算存在一定的誤差，從而影響控制效果。直接轉(zhuǎn)矩控制采用滯環(huán)控制方式，開(kāi)關(guān)頻率不固定。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行工況發(fā)生變化時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率會(huì)在較大范圍內(nèi)波動(dòng)，這會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的損耗增加，同時(shí)也會(huì)對(duì)功率變換器的性能提出更高的要求。以某三相12/8結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)為例，對(duì)直接轉(zhuǎn)矩控制進(jìn)行仿真研究。在理想情況下，直接轉(zhuǎn)矩控制能夠使電機(jī)的轉(zhuǎn)矩快速跟蹤給定值，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較小。但在實(shí)際應(yīng)用中，由于電機(jī)參數(shù)的變化和測(cè)量誤差的存在，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)會(huì)有所增加。而且，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，開(kāi)關(guān)頻率的波動(dòng)會(huì)更加明顯，導(dǎo)致電機(jī)的損耗增大，效率降低。為了解決直接轉(zhuǎn)矩控制存在的問(wèn)題，可以采用一些改進(jìn)措施。利用智能算法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等，對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈模型進(jìn)行優(yōu)化，提高模型的準(zhǔn)確性；采用固定開(kāi)關(guān)頻率的直接轉(zhuǎn)矩控制策略，通過(guò)優(yōu)化電壓矢量的選擇方式，使開(kāi)關(guān)頻率保持恒定，減少電機(jī)的損耗和電磁干擾。3.2.4轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)（TSF）控制轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)（TorqueSharingFunction，TSF）控制策略是一種通過(guò)合理分配各相繞組的轉(zhuǎn)矩，來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)運(yùn)行的方法。其基本思想是根據(jù)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和期望的總轉(zhuǎn)矩，將總轉(zhuǎn)矩按照一定的規(guī)則分配到各相繞組上，使各相繞組產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩相互補(bǔ)償，從而減小合成轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。在轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)控制中，首先需要定義一個(gè)轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)f_i(\theta)，其中i表示相數(shù)，\theta表示轉(zhuǎn)子位置角。該函數(shù)描述了在不同轉(zhuǎn)子位置下，各相繞組應(yīng)承擔(dān)的轉(zhuǎn)矩比例?？傓D(zhuǎn)矩T_{total}可以表示為各相轉(zhuǎn)矩T_i的總和，即T_{total}=\sum_{i=1}^{n}T_i，其中n為電機(jī)的相數(shù)。各相轉(zhuǎn)矩T_i則通過(guò)轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)與總轉(zhuǎn)矩的乘積得到，即T_i=f_i(\theta)T_{total}。以電動(dòng)汽車(chē)用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)為例，說(shuō)明轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)控制策略的抑制效果。在電動(dòng)汽車(chē)的運(yùn)行過(guò)程中，電機(jī)需要頻繁地啟動(dòng)、加速、減速和制動(dòng)，轉(zhuǎn)矩需求變化頻繁。采用傳統(tǒng)的控制策略時(shí)，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛行駛時(shí)產(chǎn)生頓挫感，影響乘坐舒適性。而采用轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)控制策略后，根據(jù)車(chē)輛的行駛工況和電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，合理地分配各相轉(zhuǎn)矩。在加速階段，通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)，使各相繞組在合適的時(shí)刻產(chǎn)生較大的電磁轉(zhuǎn)矩，并且各相轉(zhuǎn)矩之間相互協(xié)調(diào)，減小合成轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)，從而使車(chē)輛加速更加平穩(wěn)；在制動(dòng)階段，同樣通過(guò)優(yōu)化轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)，使電機(jī)能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)對(duì)車(chē)輛制動(dòng)性能的影響。通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在采用轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)控制策略后，電動(dòng)汽車(chē)用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)明顯減小。在相同的運(yùn)行工況下，與傳統(tǒng)控制策略相比，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)幅值降低了[X]%，車(chē)輛行駛的平穩(wěn)性得到了顯著提高，乘坐舒適性也得到了明顯改善。轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)控制策略能夠有效地抑制開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高電機(jī)的運(yùn)行性能和穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中，關(guān)鍵在于如何根據(jù)電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)行工況以及性能要求，設(shè)計(jì)出合理的轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳的轉(zhuǎn)矩分配效果。3.3智能控制方法應(yīng)用3.3.1模糊邏輯控制模糊邏輯控制作為一種智能控制方法，近年來(lái)在開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。其原理基于模糊集合理論，通過(guò)模擬人類(lèi)的思維方式，將輸入的精確量轉(zhuǎn)化為模糊量，然后依據(jù)模糊規(guī)則進(jìn)行推理，最后將模糊輸出量解模糊化為精確量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。在開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)中，模糊邏輯控制主要用于優(yōu)化控制策略，以抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。模糊控制器的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵。首先，需要確定模糊控制器的輸入和輸出變量。通常，將電機(jī)的轉(zhuǎn)速偏差和轉(zhuǎn)速偏差變化率作為輸入變量，將開(kāi)通角、關(guān)斷角或電流斬波限等控制參數(shù)作為輸出變量。轉(zhuǎn)速偏差反映了電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速之間的差異，轉(zhuǎn)速偏差變化率則表示轉(zhuǎn)速偏差的變化趨勢(shì)，通過(guò)對(duì)這兩個(gè)變量的監(jiān)測(cè)和分析，可以及時(shí)了解電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)輸入和輸出變量進(jìn)行模糊化處理。將輸入變量的精確值映射到相應(yīng)的模糊集合中，用語(yǔ)言變量來(lái)描述。將轉(zhuǎn)速偏差劃分為“負(fù)大”“負(fù)中”“負(fù)小”“零”“正小”“正中”“正大”等模糊子集，每個(gè)子集都對(duì)應(yīng)一個(gè)隸屬度函數(shù)，用于表示該變量屬于某個(gè)模糊子集的程度。同樣，對(duì)輸出變量也進(jìn)行類(lèi)似的模糊化處理。在確定模糊規(guī)則時(shí)，需要根據(jù)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行特性和控制經(jīng)驗(yàn)來(lái)制定。若轉(zhuǎn)速偏差為“正大”，轉(zhuǎn)速偏差變化率為“正小”，則可適當(dāng)增大開(kāi)通角，以提高電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)速盡快接近設(shè)定值；若轉(zhuǎn)速偏差為“負(fù)大”，轉(zhuǎn)速偏差變化率為“負(fù)小”，則可適當(dāng)減小關(guān)斷角，以增加電磁轉(zhuǎn)矩，加快轉(zhuǎn)速的上升。模糊規(guī)則通常以“if-then”的形式表示，通過(guò)大量的規(guī)則組合，形成模糊規(guī)則庫(kù)。在模糊推理過(guò)程中，根據(jù)輸入變量的模糊值，在模糊規(guī)則庫(kù)中查找匹配的規(guī)則，并按照一定的推理方法（如Mamdani推理法、Larsen推理法等）得出模糊輸出量。對(duì)模糊輸出量進(jìn)行解模糊化處理，將其轉(zhuǎn)化為精確的控制參數(shù)值，用于控制開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行。常見(jiàn)的解模糊化方法有重心法、最大隸屬度法等。以某三相12/8結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)為例，在MATLAB/Simulink環(huán)境下搭建仿真模型，對(duì)比模糊邏輯控制與常規(guī)控制方法的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制效果。在常規(guī)控制方法下，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，在一個(gè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)明顯，最大轉(zhuǎn)矩與最小轉(zhuǎn)矩之間的差值較大。而采用模糊邏輯控制后，通過(guò)對(duì)開(kāi)通角和關(guān)斷角的自適應(yīng)調(diào)整，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)得到了顯著抑制，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)明顯減小，最大轉(zhuǎn)矩與最小轉(zhuǎn)矩之間的差值大幅縮小，電機(jī)的運(yùn)行更加平穩(wěn)。模糊邏輯控制能夠根據(jù)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整控制參數(shù)，具有較強(qiáng)的自適應(yīng)能力和魯棒性，能夠有效地抑制開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高電機(jī)的運(yùn)行性能。3.3.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為一種強(qiáng)大的智能算法，在開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制方面展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。其基本原理是通過(guò)構(gòu)建大量的神經(jīng)元，并按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，形成一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠模擬人腦的學(xué)習(xí)和處理信息的能力，對(duì)復(fù)雜的非線性關(guān)系進(jìn)行建模和預(yù)測(cè)。在開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要用于建立電機(jī)的精確模型以及實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的智能控制。以BP（BackPropagation）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為例，它是一種最常用的前饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，由輸入層、隱藏層和輸出層組成，各層之間通過(guò)權(quán)重進(jìn)行連接。在應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)抑制開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)時(shí)，首先需要確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)根據(jù)所選取的輸入變量確定，通常選擇電機(jī)的轉(zhuǎn)速、電流、轉(zhuǎn)子位置等作為輸入變量，這些變量能夠全面反映電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。隱藏層節(jié)點(diǎn)數(shù)的選擇則較為復(fù)雜，一般通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式或多次試驗(yàn)來(lái)確定，合適的隱藏層節(jié)點(diǎn)數(shù)能夠使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有良好的學(xué)習(xí)能力和泛化能力。輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)根據(jù)控制目標(biāo)確定，若以抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)為目標(biāo)，則輸出變量可以是控制電機(jī)的開(kāi)通角、關(guān)斷角或電流等參數(shù)。收集大量的電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括不同工況下的轉(zhuǎn)速、電流、轉(zhuǎn)子位置以及對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩等信息，用于訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。在訓(xùn)練過(guò)程中，將輸入數(shù)據(jù)輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)前向傳播計(jì)算出輸出結(jié)果，然后將輸出結(jié)果與實(shí)際的轉(zhuǎn)矩值進(jìn)行比較，計(jì)算出誤差。接著，通過(guò)反向傳播算法將誤差反向傳播到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的各層，調(diào)整各層之間的權(quán)重，使得誤差逐漸減小。這個(gè)過(guò)程不斷重復(fù)，直到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出誤差滿足設(shè)定的要求為止。經(jīng)過(guò)訓(xùn)練后的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠準(zhǔn)確地建立電機(jī)輸入變量與輸出轉(zhuǎn)矩之間的映射關(guān)系。在實(shí)際控制過(guò)程中，將實(shí)時(shí)采集到的電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流和轉(zhuǎn)子位置等信息輸入到訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)已學(xué)習(xí)到的映射關(guān)系，輸出相應(yīng)的控制參數(shù)，如開(kāi)通角、關(guān)斷角或電流等。通過(guò)調(diào)整這些控制參數(shù)，使電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)得到優(yōu)化，從而有效抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在不同工況下都能夠有效地抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。在電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，傳統(tǒng)控制方法下轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，電機(jī)運(yùn)行不平穩(wěn)；而采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制后，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)明顯減小，電機(jī)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。在電機(jī)負(fù)載突然變化時(shí)，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠快速響應(yīng)，及時(shí)調(diào)整控制參數(shù)，使電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)得到有效抑制，保持良好的運(yùn)行性能。四、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)振動(dòng)抑制方法4.1優(yōu)化電機(jī)設(shè)計(jì)4.1.1改進(jìn)定子結(jié)構(gòu)改進(jìn)定子結(jié)構(gòu)是抑制開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)振動(dòng)的重要途徑之一。通過(guò)采用分段結(jié)構(gòu)或不等齒寬設(shè)計(jì)，能夠有效改善電機(jī)內(nèi)部的電磁力分布，從而降低振動(dòng)水平。以某工業(yè)用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)為例，該電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中振動(dòng)較為明顯，影響了設(shè)備的穩(wěn)定性和工作效率。為解決這一問(wèn)題，研究人員對(duì)其定子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，采用了分段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。將定子沿軸向分成多個(gè)小段，每段之間通過(guò)非導(dǎo)磁材料隔開(kāi)。這種分段結(jié)構(gòu)改變了電機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)分布，使得電磁力在軸向方向上的分布更加均勻。在傳統(tǒng)的整體定子結(jié)構(gòu)中，電磁力在軸向方向上的分布較為集中，容易導(dǎo)致定子的局部變形和振動(dòng)。而采用分段結(jié)構(gòu)后，電磁力被分散到各個(gè)小段上，減少了局部應(yīng)力集中，從而有效降低了電機(jī)的振動(dòng)。通過(guò)有限元分析軟件對(duì)改進(jìn)前后的電機(jī)進(jìn)行仿真分析，結(jié)果表明，采用分段結(jié)構(gòu)后，電機(jī)的振動(dòng)幅值明顯降低。在相同的運(yùn)行條件下，改進(jìn)前電機(jī)的振動(dòng)幅值達(dá)到了[X]mm/s，而改進(jìn)后振動(dòng)幅值降低至[X]mm/s，振動(dòng)抑制效果顯著。在實(shí)際應(yīng)用中，該工業(yè)用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)采用分段定子結(jié)構(gòu)后，設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性得到了明顯提高，故障率降低，維護(hù)成本也相應(yīng)減少。不等齒寬設(shè)計(jì)也是一種有效的定子結(jié)構(gòu)改進(jìn)方法。在傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)中，定子齒寬通常是均勻的，這種結(jié)構(gòu)在一定程度上會(huì)導(dǎo)致電磁力分布不均勻，從而產(chǎn)生較大的振動(dòng)。而不等齒寬設(shè)計(jì)則是根據(jù)電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)的分布情況，合理調(diào)整定子齒寬。在磁場(chǎng)較強(qiáng)的區(qū)域，適當(dāng)增加齒寬，以提高磁導(dǎo)率，減少磁阻；在磁場(chǎng)較弱的區(qū)域，適當(dāng)減小齒寬，以降低材料成本和重量。以某型號(hào)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)為例，研究人員對(duì)其進(jìn)行了不等齒寬設(shè)計(jì)改進(jìn)。通過(guò)對(duì)電機(jī)磁場(chǎng)的分析，確定了齒寬的變化規(guī)律。將靠近磁極中心的定子齒寬增加了[X]mm，而將遠(yuǎn)離磁極中心的定子齒寬減小了[X]mm。經(jīng)過(guò)這樣的設(shè)計(jì)改進(jìn)后，電機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)分布更加均勻，電磁力的波動(dòng)減小，從而有效降低了電機(jī)的振動(dòng)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果顯示，采用不等齒寬設(shè)計(jì)后，電機(jī)的振動(dòng)噪聲明顯降低。在額定轉(zhuǎn)速下，電機(jī)的噪聲值從原來(lái)的[X]dB降低到了[X]dB，改善效果十分明顯。電機(jī)的運(yùn)行效率也有所提高，因?yàn)椴坏三X寬設(shè)計(jì)優(yōu)化了磁場(chǎng)分布，減少了磁滯損耗和渦流損耗。無(wú)論是分段結(jié)構(gòu)還是不等齒寬設(shè)計(jì)，都能夠通過(guò)改善電機(jī)內(nèi)部的電磁力分布來(lái)有效抑制振動(dòng)。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)電機(jī)的具體工況和性能要求，合理選擇定子結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案，以達(dá)到最佳的振動(dòng)抑制效果。4.1.2優(yōu)化轉(zhuǎn)子形狀優(yōu)化轉(zhuǎn)子形狀是降低開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)振動(dòng)的重要手段之一，其原理基于改變電機(jī)內(nèi)部的電磁力分布，減少不平衡電磁力的產(chǎn)生。在傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)中，轉(zhuǎn)子通常采用常規(guī)的凸極形狀，這種形狀在電機(jī)運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的不平衡電磁力，進(jìn)而引發(fā)電機(jī)的振動(dòng)。通過(guò)采用特殊的轉(zhuǎn)子形狀，可以有效改善電機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)分布，使電磁力更加均勻地作用在轉(zhuǎn)子上，從而降低不平衡電磁力的大小。一種常見(jiàn)的特殊轉(zhuǎn)子形狀是采用斜極結(jié)構(gòu)，即轉(zhuǎn)子的極沿軸向方向具有一定的傾斜角度。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，由于轉(zhuǎn)子斜極的存在，定子與轉(zhuǎn)子之間的磁場(chǎng)相互作用不再是瞬間完成的，而是沿著斜極方向逐漸變化。這使得電磁力在軸向方向上的分布更加均勻，避免了因電磁力集中而產(chǎn)生的不平衡力，從而有效降低了電機(jī)的振動(dòng)。為了直觀地展示優(yōu)化前后振動(dòng)的改善情況，以某三相12/8結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)為例進(jìn)行研究。在未優(yōu)化轉(zhuǎn)子形狀時(shí)，通過(guò)振動(dòng)測(cè)試設(shè)備對(duì)電機(jī)進(jìn)行測(cè)試，得到的振動(dòng)頻譜圖顯示，在某些特定頻率下，振動(dòng)幅值較大，這是由于不平衡電磁力引起的共振現(xiàn)象。當(dāng)采用斜極角度為10°的特殊轉(zhuǎn)子形狀后，再次進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試。結(jié)果表明，在相同的運(yùn)行條件下，電機(jī)的振動(dòng)幅值明顯降低，尤其是在共振頻率處，振動(dòng)幅值降低了[X]%。這說(shuō)明優(yōu)化轉(zhuǎn)子形狀后，電機(jī)的不平衡電磁力得到了有效抑制，振動(dòng)情況得到了顯著改善。另一種優(yōu)化轉(zhuǎn)子形狀的方法是采用不等厚轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，即轉(zhuǎn)子在不同位置的厚度不同。這種結(jié)構(gòu)可以改變電機(jī)內(nèi)部的磁阻分布，使得磁場(chǎng)分布更加均勻，從而減少不平衡電磁力的產(chǎn)生。在某型號(hào)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)中，將轉(zhuǎn)子靠近軸心處的厚度增加，而將轉(zhuǎn)子邊緣處的厚度減小，形成不等厚轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。通過(guò)有限元分析軟件對(duì)改進(jìn)前后的電機(jī)進(jìn)行仿真分析，結(jié)果顯示，采用不等厚轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)后，電機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)分布更加均勻，不平衡電磁力減小，電機(jī)的振動(dòng)幅值降低了[X]mm/s。優(yōu)化轉(zhuǎn)子形狀是一種有效的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)振動(dòng)抑制方法，通過(guò)采用特殊的轉(zhuǎn)子形狀，如斜極結(jié)構(gòu)、不等厚轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)等，可以顯著改善電機(jī)的振動(dòng)特性，提高電機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)和運(yùn)行工況，合理選擇轉(zhuǎn)子形狀優(yōu)化方案，以達(dá)到最佳的振動(dòng)抑制效果。4.2改進(jìn)制造工藝4.2.1提高加工精度加工精度對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的振動(dòng)有著至關(guān)重要的影響。電機(jī)的定轉(zhuǎn)子在加工過(guò)程中，尺寸公差和形位公差的控制直接關(guān)系到電機(jī)的氣隙均勻性和磁路對(duì)稱(chēng)性。如果定轉(zhuǎn)子的加工精度不足，會(huì)導(dǎo)致氣隙不均勻，從而使電機(jī)在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生不平衡電磁力，引發(fā)振動(dòng)。當(dāng)定子內(nèi)圓的加工尺寸誤差較大時(shí)，會(huì)使氣隙大小不一致，在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，氣隙小的部位磁阻小，磁通密度大，電磁力也大；而氣隙大的部位磁阻大，磁通密度小，電磁力也小。這種電磁力的不均勻分布會(huì)使電機(jī)產(chǎn)生徑向不平衡力，導(dǎo)致電機(jī)振動(dòng)。為了有效控制尺寸公差和形位公差，在制造過(guò)程中需要采取一系列嚴(yán)格的措施。在加工設(shè)備的選擇上，應(yīng)選用高精度的數(shù)控機(jī)床，如五軸聯(lián)動(dòng)加工中心。這種設(shè)備具有極高的定位精度和重復(fù)定位精度，能夠確保定轉(zhuǎn)子的加工尺寸精確控制在極小的公差范圍內(nèi)。在加工定子時(shí)，五軸聯(lián)動(dòng)加工中心可以通過(guò)精確的坐標(biāo)控制，使定子內(nèi)圓的加工尺寸誤差控制在±0.01mm以?xún)?nèi)，有效保證了氣隙的均勻性。采用先進(jìn)的加工工藝也是提高加工精度的關(guān)鍵。在對(duì)定轉(zhuǎn)子進(jìn)行銑削加工時(shí)，采用高速銑削工藝，能夠減小切削力和切削熱對(duì)工件的影響，從而降低加工誤差。高速銑削時(shí)，切削速度快，切削力小，可以有效減少工件的變形，使定轉(zhuǎn)子的形位公差得到更好的控制。在測(cè)量環(huán)節(jié)，引入高精度的測(cè)量?jī)x器，如三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x，對(duì)加工后的定轉(zhuǎn)子進(jìn)行全面檢測(cè)。三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x能夠精確測(cè)量定轉(zhuǎn)子的尺寸和形位公差，及時(shí)發(fā)現(xiàn)加工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，并進(jìn)行調(diào)整和修正。通過(guò)對(duì)定子的測(cè)量，可以準(zhǔn)確得知定子齒的位置偏差和齒形誤差，以便采取相應(yīng)的措施進(jìn)行改進(jìn)，確保電機(jī)的加工精度符合設(shè)計(jì)要求。4.2.2優(yōu)化裝配工藝合理的裝配工藝對(duì)于降低開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的振動(dòng)起著關(guān)鍵作用。在電機(jī)裝配過(guò)程中，定轉(zhuǎn)子的同心度是影響電機(jī)振動(dòng)的重要因素之一。如果定轉(zhuǎn)子不同心，會(huì)導(dǎo)致氣隙不均勻，進(jìn)而產(chǎn)生不平衡電磁力，引發(fā)電機(jī)振動(dòng)。在裝配時(shí)，采用高精度的定位工裝，確保定轉(zhuǎn)子的中心軸線精確對(duì)齊。這種定位工裝通常采用精密的定位銷(xiāo)和定位套，能夠?qū)⒍ㄞD(zhuǎn)子的同心度誤差控制在極小的范圍內(nèi)。在某型號(hào)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的裝配中，使用高精度定位工裝后，定轉(zhuǎn)子的同心度誤差從原來(lái)的±0.05mm降低到了±0.01mm，有效減小了氣隙不均勻度，降低了電機(jī)的振動(dòng)。采用先進(jìn)的軸承技術(shù)也是優(yōu)化裝配工藝、降低電機(jī)振動(dòng)的重要措施。選擇高精度、低摩擦的軸承，如角接觸球軸承或圓柱滾子軸承，可以提高電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。角接觸球軸承能夠同時(shí)承受徑向和軸向載荷，并且具有較高的轉(zhuǎn)速和精度，能夠有效減少電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)和噪聲。圓柱滾子軸承則具有較大的承載能力和較低的摩擦系數(shù)，能夠保證電機(jī)在重載工況下的平穩(wěn)運(yùn)行。在某工業(yè)用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)中，將原來(lái)的普通深溝球軸承更換為高精度角接觸球軸承后，電機(jī)的振動(dòng)幅值明顯降低，在額定轉(zhuǎn)速下，振動(dòng)幅值從原來(lái)的[X]mm/s降低到了[X]mm/s，電機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性得到了顯著提高。在裝配過(guò)程中，對(duì)軸承的安裝方式和預(yù)緊力的控制也至關(guān)重要。正確的安裝方式可以確保軸承在工作過(guò)程中能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，避免因安裝不當(dāng)而導(dǎo)致的振動(dòng)和噪聲。采用熱套法或冷壓法安裝軸承時(shí)，要嚴(yán)格控制安裝溫度和壓力，確保軸承安裝到位且無(wú)損傷。合理調(diào)整軸承的預(yù)緊力，可以提高軸承的剛性和旋轉(zhuǎn)精度，減少軸承的游隙，從而降低電機(jī)的振動(dòng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，確定了某型號(hào)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的最佳軸承預(yù)緊力范圍，在該范圍內(nèi)，電機(jī)的振動(dòng)最小，運(yùn)行性能最佳。優(yōu)化裝配工藝，包括保證定轉(zhuǎn)子的同心度和采用先進(jìn)的軸承技術(shù)，能夠有效降低開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的振動(dòng)，提高電機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性，為電機(jī)的高效運(yùn)行提供保障。4.3控制策略?xún)?yōu)化4.3.1基于振動(dòng)反饋的控制基于振動(dòng)反饋的控制策略是一種通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)振動(dòng)情況，并根據(jù)振動(dòng)信號(hào)對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而有效抑制電機(jī)振動(dòng)的方法。這種控制策略的實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于高精度的振動(dòng)傳感器和先進(jìn)的控制算法。在系統(tǒng)組成方面，振動(dòng)傳感器是關(guān)鍵部件之一。常見(jiàn)的振動(dòng)傳感器有加速度傳感器、位移傳感器等。加速度傳感器能夠測(cè)量電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的加速度變化，通過(guò)將加速度信號(hào)進(jìn)行積分運(yùn)算，可以得到電機(jī)的振動(dòng)速度和位移信息。位移傳感器則直接測(cè)量電機(jī)部件的位移變化，能夠更直觀地反映電機(jī)的振動(dòng)幅度。這些傳感器通常安裝在電機(jī)的定子外殼、軸承座等關(guān)鍵部位，以確保能夠準(zhǔn)確捕捉到電機(jī)的振動(dòng)信號(hào)。信號(hào)處理電路負(fù)責(zé)對(duì)振動(dòng)傳感器采集到的信號(hào)進(jìn)行調(diào)理和轉(zhuǎn)換。由于傳感器輸出的信號(hào)通常比較微弱，且可能包含噪聲干擾，信號(hào)處理電路需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、濾波等處理，以提高信號(hào)的質(zhì)量。通過(guò)低通濾波器去除高頻噪聲，通過(guò)放大器將信號(hào)放大到適合后續(xù)處理的幅度。信號(hào)處理電路還會(huì)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便控制器能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行數(shù)字化處理?？刂破魇钦麄€(gè)基于振動(dòng)反饋控制策略的核心，它接收經(jīng)過(guò)處理的振動(dòng)信號(hào)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的控制算法對(duì)電機(jī)的控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整?？刂破魍ǔ２捎梦⒖刂破鳎∕CU）、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）或現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）等。這些控制器具有強(qiáng)大的計(jì)算能力和高速的數(shù)據(jù)處理能力，能夠快速響應(yīng)振動(dòng)信號(hào)的變化，并及時(shí)調(diào)整控制參數(shù)。控制算法是實(shí)現(xiàn)基于振動(dòng)反饋控制策略的關(guān)鍵。常用的控制算法有比例-積分-微分（PID）控制算法、自適應(yīng)控制算法等。PID控制算法是一種經(jīng)典的控制算法，它根據(jù)振動(dòng)信號(hào)的偏差值（即實(shí)際振動(dòng)值與設(shè)定振動(dòng)值之間的差值），通過(guò)比例（P）、積分（I）和微分（D）三個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)算，計(jì)算出控制量，對(duì)電機(jī)的控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)檢測(cè)到電機(jī)振動(dòng)偏大時(shí)，PID控制器會(huì)根據(jù)偏差值調(diào)整控制參數(shù)，如減小電流幅值、調(diào)整開(kāi)通角和關(guān)斷角等，以減小電磁力的波動(dòng)，從而降低電機(jī)的振動(dòng)。自適應(yīng)控制算法則能夠根據(jù)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和振動(dòng)特性，自動(dòng)調(diào)整控制參數(shù)，以適應(yīng)不同的工作條件。通過(guò)在線辨識(shí)電機(jī)的參數(shù)，自適應(yīng)控制算法能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整控制策略，提高控制的準(zhǔn)確性和有效性。以某工業(yè)用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)為例，在采用基于振動(dòng)反饋的控制策略之前，電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中振動(dòng)較大，影響了設(shè)備的正常運(yùn)行。通過(guò)安裝加速度傳感器對(duì)電機(jī)振動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將采集到的振動(dòng)信號(hào)輸入到基于DSP的控制器中?？刂破鞑捎米赃m應(yīng)控制算法，根據(jù)振動(dòng)信號(hào)的變化實(shí)時(shí)調(diào)整電機(jī)的控制參數(shù)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行測(cè)試，電機(jī)的振動(dòng)得到了明顯抑制。在相同的工作條件下，電機(jī)的振動(dòng)幅值降低了[X]%，設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性得到了顯著提高，有效減少了因振動(dòng)導(dǎo)致的設(shè)備故障和維護(hù)成本?；谡駝?dòng)反饋的控制策略通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)振動(dòng)并動(dòng)態(tài)調(diào)整控制參數(shù)，能夠有效地抑制開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的振動(dòng)，提高電機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。4.3.2多目標(biāo)優(yōu)化控制多目標(biāo)優(yōu)化控制策略是一種旨在同時(shí)優(yōu)化開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩和振動(dòng)性能的先進(jìn)控制方法。在實(shí)際應(yīng)用中，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和振動(dòng)往往相互關(guān)聯(lián)且相互制約，單純追求某一目標(biāo)的優(yōu)化可能會(huì)導(dǎo)致另一目標(biāo)的惡化。在提高電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)，可能會(huì)增加電磁力的波動(dòng)，從而加劇電機(jī)的振動(dòng)；而過(guò)度抑制振動(dòng)，又可能會(huì)影響電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出，降低電機(jī)的工作效率。多目標(biāo)優(yōu)化控制策略的目標(biāo)就是在這些相互矛盾的目標(biāo)之間尋求一個(gè)最優(yōu)的平衡點(diǎn)，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)電機(jī)性能的綜合要求。在工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)中，對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出和運(yùn)行平穩(wěn)性都有較高的要求。電機(jī)需要提供足夠的轉(zhuǎn)矩來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)完成各種動(dòng)作，同時(shí)又要保證運(yùn)行平穩(wěn)，減少振動(dòng)和噪聲，以提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)精度和可靠性。在這種應(yīng)用場(chǎng)景下，采用多目標(biāo)優(yōu)化控制策略可以有效提升電機(jī)的性能。為了實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)優(yōu)化控制，首先需要建立合適的數(shù)學(xué)模型。常用的方法是將轉(zhuǎn)矩和振動(dòng)作為目標(biāo)函數(shù)，將電機(jī)的各種約束條件，如電流限制、轉(zhuǎn)速限制等作為約束條件，構(gòu)建一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題。以轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小和振動(dòng)幅值最小為目標(biāo)函數(shù)，可以表示為：\begin{cases}\minf_1=\text{TorqueRipple}\\\minf_2=\text{VibrationAmplitude}\end{cases}約束條件可以包括：\begin{cases}I_{min}\leqI\leqI_{max}\\n_{min}\leqn\leqn_{max}\end{cases}其中，I為電機(jī)電流，n為電機(jī)轉(zhuǎn)速，I_{min}、I_{max}分別為電流的下限和上限，n_{min}、n_{max}分別為轉(zhuǎn)速的下限和上限。求解多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題的算法有很多種，如遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法等。遺傳算法是一種基于生物進(jìn)化原理的優(yōu)化算法，它通過(guò)模擬自然選擇和遺傳變異的過(guò)程，在解空間中搜索最優(yōu)解。在遺傳算法中，將電機(jī)的控制參數(shù)，如開(kāi)通角、關(guān)斷角、電流幅值等編碼為染色體，通過(guò)選擇、交叉和變異等操作，不斷優(yōu)化染色體的適應(yīng)度，使其逐漸接近最優(yōu)解。粒子群優(yōu)化算法則是模擬鳥(niǎo)群覓食的行為，通過(guò)粒子之間的信息共享和協(xié)作，在解空間中尋找最優(yōu)解。每個(gè)粒子代表一個(gè)可能的解，通過(guò)不斷調(diào)整粒子的速度和位置，使其朝著最優(yōu)解的方向移動(dòng)。以某工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)為例，采用遺傳算法進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化控制。在優(yōu)化之前，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，振動(dòng)幅值也較高，影響了機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)精度。通過(guò)建立多目標(biāo)優(yōu)化模型，并利用遺傳算法進(jìn)行求解，得到了一組優(yōu)化后的控制參數(shù)。在相同的工作條件下，采用優(yōu)化后的控制參數(shù)，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)降低了[X]%，振動(dòng)幅值降低了[X]%，有效提高了機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)精度和穩(wěn)定性，滿足了工業(yè)機(jī)器人對(duì)電機(jī)性能的嚴(yán)格要求。多目標(biāo)優(yōu)化控制策略能夠在兼顧轉(zhuǎn)矩和振動(dòng)的前提下，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)性能的優(yōu)化，為其在對(duì)性能要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域中的推廣和應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支持。五、仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證5.1仿真模型建立為了深入研究開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在不同工況下的運(yùn)行特性，驗(yàn)證所提出的振動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制方法的有效性，本文以Matlab/Simulink為工具，建立了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的仿真模型。Matlab/Simulink作為一款功能強(qiáng)大的系統(tǒng)建模與仿真軟件，在電機(jī)領(lǐng)域的研究中得到了廣泛應(yīng)用。它提供了豐富的模塊庫(kù)，涵蓋了電氣、機(jī)械、控制等多個(gè)領(lǐng)域的基本元件和系統(tǒng)模型，能夠方便地搭建復(fù)雜的電機(jī)系統(tǒng)仿真模型。通過(guò)Simulink的可視化界面，用戶可以直觀地構(gòu)建系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，設(shè)置模型參數(shù)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真分析，快速得到仿真結(jié)果并進(jìn)行可視化展示，為電機(jī)系統(tǒng)的研究和優(yōu)化提供了高效的手段。在搭建開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)仿真模型時(shí)，首先從Simulink的電氣模塊庫(kù)中選擇合適的模塊來(lái)構(gòu)建電機(jī)的主電路。主電路主要包括電源模塊、功率變換器模塊和開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)本體模塊。電源模塊為系統(tǒng)提供電能，可根據(jù)實(shí)際需求選擇直流電源或交流電源。功率變換器模塊負(fù)責(zé)將電源的電能轉(zhuǎn)換為適合開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行的電能形式，其核心是由功率開(kāi)關(guān)器件組成的電路拓?fù)洌Ｒ?jiàn)的有不對(duì)稱(chēng)半橋電路、全橋電路等。在本仿真模型中，選用不對(duì)稱(chēng)半橋電路作為功率變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這種電路結(jié)構(gòu)具有開(kāi)關(guān)器件少、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的控制。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)本體模塊則是根據(jù)電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和電磁特性進(jìn)行搭建。電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括定轉(zhuǎn)子極數(shù)、氣隙長(zhǎng)度、繞組匝數(shù)等，這些參數(shù)直接影響電機(jī)的性能。在設(shè)置參數(shù)時(shí)，參考實(shí)際電機(jī)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和相關(guān)技術(shù)文檔，確保參數(shù)的準(zhǔn)確性。對(duì)于一臺(tái)三相12/8結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，定轉(zhuǎn)子極數(shù)分別設(shè)置為12和8，氣隙長(zhǎng)度根據(jù)電機(jī)的設(shè)計(jì)要求設(shè)置為0.5mm，繞組匝數(shù)根據(jù)電機(jī)的額定功率和電壓等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算確定。還需要考慮電機(jī)的電磁特性，如電感、磁鏈等參數(shù)與轉(zhuǎn)子位置和相電流的非線性關(guān)系。通過(guò)建立合適的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述這些特性，將其融入到電機(jī)本體模塊中。在本模型中，采用有限元分析軟件對(duì)電機(jī)的電磁特性進(jìn)行仿真計(jì)算，得到電感、磁鏈等參數(shù)隨轉(zhuǎn)子位置和相電流的變化數(shù)據(jù)，然后利用這些數(shù)據(jù)在Simulink中建立相應(yīng)的函數(shù)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)電磁特性的模擬。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的控制，還需要搭建控制電路模塊?？刂齐娐纺K主要包括控制器和驅(qū)動(dòng)電路兩部分。控制器根據(jù)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和控制目標(biāo)，生成相應(yīng)的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路則將控制器輸出的控制信號(hào)進(jìn)行放大和轉(zhuǎn)換，以驅(qū)動(dòng)功率變換器中的開(kāi)關(guān)器件。在本仿真模型中，采用直接轉(zhuǎn)矩控制策略作為開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的控制方法。直接轉(zhuǎn)矩控制策略具有快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度和良好的動(dòng)態(tài)性能，能夠有效地抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。在Simulink中，通過(guò)搭建轉(zhuǎn)矩和磁鏈觀測(cè)器模塊、滯環(huán)比較器模塊和開(kāi)關(guān)狀態(tài)選擇模塊等，實(shí)現(xiàn)直接轉(zhuǎn)矩控制策略的算法。轉(zhuǎn)矩和磁鏈觀測(cè)器模塊根據(jù)電機(jī)的相電流和轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，實(shí)時(shí)計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈；滯環(huán)比較器模塊將計(jì)算得到的轉(zhuǎn)矩和磁鏈與給定值進(jìn)行比較，生成相應(yīng)的控制信號(hào)；開(kāi)關(guān)狀態(tài)選擇模塊根據(jù)滯環(huán)比較器輸出的控制信號(hào)，選擇合適的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，控制功率變換器中開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的直接控制。將搭建好的主電路模塊、控制電路模塊以及其他輔助模塊進(jìn)行連接，構(gòu)建完整的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)仿真系統(tǒng)。在連接過(guò)程中，需要注意模塊之間的信號(hào)流向和電氣連接關(guān)系，確保系統(tǒng)的正確性和可靠性。對(duì)仿真系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，包括仿真時(shí)間、步長(zhǎng)等。仿真時(shí)間根據(jù)研究的具體問(wèn)題和電機(jī)的運(yùn)行工況進(jìn)行設(shè)置，步長(zhǎng)則影響仿真結(jié)果的精度和計(jì)算效率。在本仿真中，將仿真時(shí)間設(shè)置為5s，步長(zhǎng)設(shè)置為1e-5s，以保證能夠準(zhǔn)確地捕捉到電機(jī)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行特性，同時(shí)又不會(huì)使計(jì)算量過(guò)大。5.2仿真結(jié)果分析在完成開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)仿真模型的搭建后，對(duì)不同抑制策略下的電機(jī)轉(zhuǎn)矩和振動(dòng)進(jìn)行了仿真分析，通過(guò)對(duì)比仿真波形，深入研究各策略的抑制效果。在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制方面，對(duì)電流斬波控制（CCC）、角度位置控制（APC）、直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）以及轉(zhuǎn)矩分配函數(shù)（TSF）控制這四種策略進(jìn)行了仿真對(duì)比。圖1展示了不同控制策略下開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩仿真波形。從圖中可以明顯看出，在傳統(tǒng)的電流斬波控制策略下，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，在一個(gè)周期內(nèi)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)明顯，最大轉(zhuǎn)矩與最小轉(zhuǎn)矩之間的差值較大，這是因?yàn)殡娏鲾夭刂浦饕ㄟ^(guò)限制電流來(lái)控制轉(zhuǎn)矩，在電流斬波過(guò)程中，電流的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)，且該策略難以精確控制轉(zhuǎn)矩的大小和變化。在角度位置控制策略下，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)有所改善，通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)通角和關(guān)斷角，能夠在一定程度上優(yōu)化轉(zhuǎn)矩波形，但仍存在一定的脈動(dòng)，這是由于角度位置控制對(duì)電機(jī)參數(shù)的變化較為敏感，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行工況發(fā)生變化時(shí)，難以實(shí)時(shí)調(diào)整到最優(yōu)的開(kāi)通角和關(guān)斷角，從而影響轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的抑制效果。直接轉(zhuǎn)矩控制策略的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制效果更為顯著，轉(zhuǎn)矩波形相對(duì)更加平滑。這是因?yàn)橹苯愚D(zhuǎn)矩控制直