嚴(yán) 穎，張小平，姜海鵬，張 鑄，趙延明，黃良沛

（1.湖南科技大學(xué)海洋礦產(chǎn)資源探采裝備與安全技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，湖南湘潭411201；2.湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，湖南湘潭411201；3.湖南科技大學(xué)先進(jìn)礦山裝備教育部工程研究中心，湖南湘潭411201）

海洋絞車是應(yīng)用于海洋科學(xué)考察與海洋資源勘探及開發(fā)的重要收放設(shè)備［1‐2］。為了克服海上風(fēng)浪流等強(qiáng)非線性干擾對(duì)海洋絞車正常作業(yè)的影響，一般要求海洋絞車具有主動(dòng)升沉補(bǔ)償功能［3‐4］。但是，作為目前海洋絞車主動(dòng)升沉補(bǔ)償動(dòng)力驅(qū)動(dòng)發(fā)展方向的交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)雖具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠和調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)［5］，但驅(qū)動(dòng)用交流變頻電機(jī)存在起動(dòng)電流大、過載能力低及功率因數(shù)不高等不足。對(duì)于海洋絞車主動(dòng)升沉補(bǔ)償要求頻繁起制動(dòng)、加減速以及往復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)行工況而言，交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的總體運(yùn)行效率不高及能耗大，且在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)熱嚴(yán)重，直接影響了海洋絞車主動(dòng)升沉補(bǔ)償功能的持續(xù)使用，因此研究更有效的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式變得十分迫切。

開關(guān)磁阻電機(jī)（switched reluctance motor，SRM）是20世紀(jì)80年代初隨著交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展而開發(fā)出的一種新型電機(jī)［6‐7］，其具有很多優(yōu)點(diǎn)［8‐10］，如起動(dòng)電流小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固，效率高，容錯(cuò)能力強(qiáng)和調(diào)速范圍寬等，因而非常適合用于海洋絞車主動(dòng)升沉補(bǔ)償控制系統(tǒng)。尤其是對(duì)于海洋絞車主動(dòng)升沉補(bǔ)償要求頻繁起制動(dòng)、加減速以及往復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)行工況而言，開關(guān)磁阻電機(jī)具有交流變頻電機(jī)無法比擬的效率優(yōu)勢(shì)。因此，將開關(guān)磁阻電機(jī)應(yīng)用于海洋絞車主動(dòng)升沉補(bǔ)償控制系統(tǒng)具有重要意義。

若要實(shí)現(xiàn)海洋絞車主動(dòng)升沉補(bǔ)償?shù)母呔?、恒張力控制，則必須通過控制其驅(qū)動(dòng)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)海洋絞車轉(zhuǎn)筒的運(yùn)轉(zhuǎn)與母船升沉運(yùn)動(dòng)保持同步，此時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)須頻繁正反轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)變化。一旦驅(qū)動(dòng)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速不能準(zhǔn)確跟蹤其時(shí)變給定轉(zhuǎn)速，就無法滿足海洋絞車主動(dòng)升沉補(bǔ)償?shù)耐娇刂埔蟆Ｒ虼?，針?duì)開關(guān)磁阻電機(jī)研究有效的控制策略是實(shí)現(xiàn)海洋絞車主動(dòng)升沉補(bǔ)償同步控制的關(guān)鍵。

目前，國內(nèi)外學(xué)者已針對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制展開了一系列研究，并提出了多種有效的控制方法［11‐13］。但是，對(duì)于時(shí)變給定轉(zhuǎn)速跟蹤控制的研究卻不多見，現(xiàn)主要有基于超扭矩算法的二階滑?？刂疲╯econd order sliding mode control，SOSMC）［14］和自校正 TSK 模糊控制（adaptive Takagi‐Sugeno‐Kang fuzzycontrol，ATSKFC）［15］2種控制方法。其中，SOSMC方法對(duì)控制系統(tǒng)參數(shù)變化和外部擾動(dòng)有較好的魯棒性，但其轉(zhuǎn)速跟蹤精度不高；ATSKFC方法雖具有較高的轉(zhuǎn)速跟蹤精度，但存在轉(zhuǎn)速過零時(shí)穩(wěn)定性差的問題。對(duì)于海洋絞車主動(dòng)升沉補(bǔ)償控制來說，上述2種控制方法均難以滿足其同步控制要求。為此，針對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的海洋絞車主動(dòng)升沉補(bǔ)償控制系統(tǒng)，筆者提出了一種基于漸進(jìn)穩(wěn)態(tài)控制信號(hào)誤差控制（gradual steady state control signal‐error control，GSSEC）的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制方法［16］，并對(duì)該控制方法的基本原理、具體設(shè)計(jì)方法及其控制參數(shù)的優(yōu)化方法進(jìn)行分析，最后通過仿真分析和試驗(yàn)對(duì)該控制方法的效果進(jìn)行驗(yàn)證。

1 開關(guān)磁阻電機(jī)數(shù)學(xué)模型

根據(jù)文獻(xiàn)［17］，開關(guān)磁阻電機(jī)的電壓平衡方程為：

式中：U、I、ψ（θ，I）和R分別為開關(guān)磁阻電機(jī)定子繞組的外加電壓、電流、磁鏈和電阻；θ為開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置角。

開關(guān)磁阻電機(jī)的瞬時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩方程為：

其中：

式中：Te為開關(guān)磁阻電機(jī)的瞬時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩；W′( )θ，I 為磁共能；C為常數(shù)。

開關(guān)磁阻電機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程為：

式中：J、D和TL分別為開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、摩擦系數(shù)和負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

式（1）至式（3）構(gòu)成了開關(guān)磁阻電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。

2 基于GSSEC的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制方法

根據(jù)海洋絞車主動(dòng)升沉補(bǔ)償?shù)耐娇刂埔螅槍?duì)開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，提出了一種基于GSSEC的調(diào)速控制方法?；贕SSEC的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)框圖如圖1所示，其包括轉(zhuǎn)速外環(huán)和轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)，其中轉(zhuǎn)速外環(huán)采用GSSEC算法，轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)采用直接轉(zhuǎn)矩控制方法。

圖1 基于GSSEC的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)框圖Fig.1 Block diagram of SRM speed control system based on GSSEC

2.1 基本原理

GSSEC算法是一種不依賴于被控對(duì)象精確數(shù)學(xué)模型的控制方法?；贕SSEC的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速外環(huán)的基本原理如圖2所示［16］，主要包括非線性誤差控制算法和采樣保持兩部分，其中非線性誤差控制算法用于對(duì)當(dāng)前采樣時(shí)刻開關(guān)磁阻電機(jī)的給定轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速的偏差Δn（k）進(jìn)行處理，得到相應(yīng)的控制輸出u1（k）；采樣保持部分則用于采集并保持上一采樣時(shí)刻開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的總輸出Te*（k-1），并利用Te*（k-1）對(duì)u1（k）進(jìn)行補(bǔ)償，得到當(dāng)前采樣時(shí)刻開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的總輸出Te*（k），其也為轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的參考轉(zhuǎn)矩。圖2中限幅環(huán)節(jié)用于限制總輸出的幅值。

圖2 基于GSSEC的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速外環(huán)的基本原理Fig.2 Basic principle of speed outer loop of SRM speed con‐trol system based on GSSEC

2.2 具體設(shè)計(jì)

GSSEC算法的離散表達(dá)式為：

式中：Δn（k-1）為上一采樣時(shí)刻的轉(zhuǎn)速偏差；KT為控制參數(shù)，KT>0；vs（k）為當(dāng)前采樣時(shí)刻控制系統(tǒng)輸出誤差的標(biāo)準(zhǔn)變化率。

根據(jù)GSSEC算法的基本原理，可將vs（k）設(shè)計(jì)為：

式中：K1p、K2p（p=1，2，…，4）為GSSEC算法的控制參數(shù)，且滿足K2p>K1p>0。

2.3 控制參數(shù)優(yōu)化

基于GSSEC的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制方法的控制效果與GSSEC算法的控制參數(shù)KT、K1p和K2p（p=1，2，…，4）密切相關(guān)。鑒于果蠅優(yōu)化算法（fruit fly opti‐mization algorithm，F(xiàn)OA）具有尋優(yōu)精度高、收斂快和算法簡單等特點(diǎn)［18‐19］，采用該算法對(duì)上述控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

以控制參數(shù)KT、K1p和K2p（p=1，2，…，4）為優(yōu)化對(duì)象，以開關(guān)磁阻電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速的偏差Δn（t）最小為優(yōu)化目標(biāo)，利用Δn（t）的時(shí)間誤差絕對(duì)積分（integrated time absolute error，ITAE）［20］構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，并將其值作為味道濃度S，即：

采用FOA對(duì)GSSEC算法的控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，具體流程如圖3所示。

圖3 基于FOA的GSSEC算法控制參數(shù)優(yōu)化流程Fig.3 Optimization flow of control parameters of GSSEC al‐gorithm based on FOA

由圖3可知，基于FOA的GSSEC算法控制參數(shù)的優(yōu)化主要包括以下9個(gè)步驟。

步驟1 初始化種群規(guī)模N、最大迭代次數(shù)nmax和初始果蠅群體的位置（X′，Y′）。

步驟2 配置控制參數(shù)KT和K2p的果蠅個(gè)體的隨機(jī)搜索方向和距離，獲得其果蠅個(gè)體的位置。其中，控制參數(shù)K2p的第j個(gè)果蠅個(gè)體的位置可表示為：

式中：XK2p(j)、YK2p(j)分別為控制參數(shù)K2p的第j個(gè)果蠅個(gè)體所在位置的橫、縱坐標(biāo)；rand（）為隨機(jī)值。

步驟3 根據(jù)步驟2中K2p的果蠅個(gè)體位置以及K1p和K2p所滿足的條件（K2p>K1p>0），設(shè)置控制參數(shù)K1p的第j個(gè)果蠅個(gè)體的位置，即：

式中：XK1p(j)、YK1p(j)分別為K1p的第j個(gè)果蠅個(gè)體所在位置的橫、縱坐標(biāo)；a為大于0的系數(shù)。

步驟4 獲取第l個(gè)控制參數(shù)的第j個(gè)果蠅個(gè)體對(duì)應(yīng)的味道濃度判定值Sl（j）（l=1，2，…，9），為：

式中：Xl(j)、Yl(j)分別為第l個(gè)控制參數(shù)的第j個(gè)果蠅個(gè)體所在位置的橫、縱坐標(biāo)。

步驟5 根據(jù)計(jì)算得到的味道濃度判定值獲得對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速偏差Δn（t）。

步驟6 將獲得的轉(zhuǎn)速偏差Δn（t）代入式（6），計(jì)算得到第j個(gè)果蠅個(gè)體的味道濃度S（j）。

步驟7 判斷j是否到達(dá)果蠅群體數(shù)量的上限，若到達(dá)果蠅群體數(shù)量的上限，則執(zhí)行步驟8；否則執(zhí)行步驟2。

步驟8 在果蠅群體中找出味道濃度最小的果蠅個(gè)體作為最優(yōu)個(gè)體，并保留最優(yōu)果蠅個(gè)體的味道濃度和位置。

步驟9 判斷是否到達(dá)最大迭代次數(shù)nmax，若已到達(dá)，則輸出最優(yōu)果蠅個(gè)體的味道濃度判定值，即控制參數(shù)KT、K1p和K2p的最優(yōu)解；否則，迭代次數(shù)加1后，返回步驟2。

3 仿真分析

采用MATLAB軟件對(duì)基于GSSEC的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制方法的效果進(jìn)行仿真驗(yàn)證。同時(shí)，為便于與文獻(xiàn)［15］提出的ATSKFC方法進(jìn)行對(duì)比分析，參照文獻(xiàn)［15］設(shè)置相關(guān)參數(shù)：采用四相8/6極開關(guān)磁阻電機(jī)，其功率P=3 kW，定子繞組的電阻R=130 mΩ，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0.001 7 kg?m2，摩擦系數(shù)D=0.001 N?m?s；負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=2 N?m，給定磁鏈ψ=0.3 Wb。根據(jù)圖3所示的GSSEC算法控制參數(shù)優(yōu)化流程，得到1組最優(yōu)控制參數(shù)：KT=6.592 37，K11=1.294 39，K12=2.43640，K13=5.78634，K14=4.01125，K21=3.17456，K22=3.822 70，K23=10.091 11和K24=7.148 87。為了便于驗(yàn)證基于GSSEC的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制方法的效果，分別針對(duì)給定轉(zhuǎn)速時(shí)變和負(fù)載突變兩種情況進(jìn)行仿真分析。

3.1 轉(zhuǎn)速跟蹤控制仿真分析

考慮到母船升沉運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程可近似為正弦函數(shù)［1］，在驗(yàn)證轉(zhuǎn)速跟蹤效果時(shí)，用正弦函數(shù)形式來表示開關(guān)磁阻電機(jī)的給定轉(zhuǎn)速。根據(jù)文獻(xiàn)［15］，設(shè)開關(guān)磁阻電機(jī)的給定轉(zhuǎn)速為1 200sin t r/min。通過仿真分析得到開關(guān)磁阻電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速跟蹤偏差，如圖4所示。

圖4 給定轉(zhuǎn)速為1 200sin t r/min時(shí)開關(guān)磁阻電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速跟蹤偏差Fig.4 Actual speed and speed tracking deviation of SRM with given speed of 1 200sin t r/min

為了便于說明基于GSSEC的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制方法的轉(zhuǎn)速跟蹤效果，采用轉(zhuǎn)速跟蹤相對(duì)誤差δ作為評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)速跟蹤效果的性能指標(biāo)，其計(jì)算式為：

式中：Δn1為開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)速跟蹤偏差的均方根；為開關(guān)磁阻電機(jī)給定轉(zhuǎn)速的最大值。

根據(jù)圖4結(jié)果，利用式（10）計(jì)算得到給定轉(zhuǎn)速為1 200sin t r/min時(shí)開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)速跟蹤相對(duì)誤差δ=0.347 0%。由此可見，基于GSSEC的調(diào)速控制方法實(shí)現(xiàn)了開關(guān)磁阻電機(jī)對(duì)時(shí)變給定轉(zhuǎn)速的準(zhǔn)確跟蹤。

為驗(yàn)證基于GSSEC的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制方法在不同給定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)速跟蹤效果，通過改變給定轉(zhuǎn)速進(jìn)行分析。設(shè)給定轉(zhuǎn)速分別為1 200sin 1.5t和1 500sin tr/min，通過仿真分析得到不同給定轉(zhuǎn)速下開關(guān)磁阻電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速跟蹤偏差，分別如圖5和圖6所示。不同給定轉(zhuǎn)速下開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)速跟蹤相對(duì)誤差如表1所示。由表1可知，在不同給定轉(zhuǎn)速下，基于GSSEC的調(diào)速控制方法均可實(shí)現(xiàn)開關(guān)磁阻電機(jī)對(duì)給定轉(zhuǎn)速的準(zhǔn)確跟蹤。

表1 不同給定轉(zhuǎn)速下開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)速跟蹤相對(duì)誤差仿真結(jié)果Table 1 Simulation results of relative error of speed tracking of SRM under different given speeds

圖5 給定轉(zhuǎn)速為1 200sin 1.5t r/min時(shí)開關(guān)磁阻電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速跟蹤偏差Fig.5 Actual speed and speed tracking deviation of SRM with given speed of 1 200sin 1.5t r/min

圖6 給定轉(zhuǎn)速為1 500sin t r/min時(shí)開關(guān)磁阻電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速跟蹤偏差Fig.6 Actual speed and speed tracking deviation of SRM with given speed of 1 500sin t r/min

3.2 負(fù)載突變控制仿真分析

為驗(yàn)證基于GSSEC的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的帶負(fù)載能力，設(shè)開關(guān)磁阻電機(jī)的給定轉(zhuǎn)速為1 000 r/min，初始負(fù)載轉(zhuǎn)矩為2 N?m，在t=2 s時(shí)突加1 N?m負(fù)載，在t=7 s時(shí)再突卸1 N?m負(fù)載。通過仿真分析得到開關(guān)磁阻電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩，分別如圖7和圖8所示。從圖7和圖8中可以看出，當(dāng)負(fù)載發(fā)生突變時(shí)，開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)速基本無變化，其電磁轉(zhuǎn)矩可根據(jù)負(fù)載變化情況迅速達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)，說明基于GSSEC的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)具有良好的帶負(fù)載能力。

圖7 突加負(fù)載時(shí)開關(guān)磁阻電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速及電磁轉(zhuǎn)矩Fig.7 Actual speed and electromagnetic torque of SRM un‐der suddenly loading

圖8 突卸負(fù)載時(shí)開關(guān)磁阻電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速及電磁轉(zhuǎn)矩Fig.8 Actual speed and electromagnetic torque of SRM un‐der suddenly unloading

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

為進(jìn)一步驗(yàn)證基于GSSEC的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制方法的效果，以TMS320F28335 DSP控制器為控制核心，搭建了基于GSSEC的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)，如圖9所示。該試驗(yàn)平臺(tái)包括1臺(tái)3 kW的四相8/6開關(guān)磁阻電機(jī)、控制器、光電編碼器、卷揚(yáng)機(jī)、示波器及1臺(tái)PC（personal computer，個(gè)人計(jì)算機(jī)）等。其中開關(guān)磁阻電機(jī)與卷揚(yáng)機(jī)相連，通過卷揚(yáng)機(jī)卷筒上的纜繩帶動(dòng)負(fù)載。為與仿真分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)中相關(guān)參數(shù)的設(shè)置與仿真分析時(shí)一致。另外，為了驗(yàn)證本文控制方法的轉(zhuǎn)速跟蹤精度，與現(xiàn)有控制方法中精度較高的ATSKFC方法進(jìn)行對(duì)比分析。

圖9 基于GSSEC的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)Fig.9 Experimental platform of SRM speed control system based on GSSEC

4.1 轉(zhuǎn)速跟蹤控制試驗(yàn)

根據(jù)仿真分析中設(shè)置的3種給定轉(zhuǎn)速，開展轉(zhuǎn)速跟蹤控制試驗(yàn)，得到開關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速的波形如圖10所示。由圖10可知，不同給定轉(zhuǎn)速下開關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速的波形與仿真結(jié)果相吻合。根據(jù)圖10結(jié)果，計(jì)算不同給定轉(zhuǎn)速下開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)速跟蹤相對(duì)誤差δ，如表2所示。對(duì)比表1和表2可知，試驗(yàn)結(jié)果和仿真結(jié)果基本吻合，且轉(zhuǎn)速跟蹤相對(duì)誤差的變化均很小，這進(jìn)一步驗(yàn)證了基于GSSEC的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制方法具有良好的轉(zhuǎn)速跟蹤性能。

表2 不同給定轉(zhuǎn)速下開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)速跟蹤相對(duì)誤差試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Experimental results of relative error of speed tracking of SRM under different given speeds

圖10 不同給定轉(zhuǎn)速下開關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速的波形Fig.10 Waveform of actual speed of SRM under different given speeds

4.2 負(fù)載突變控制試驗(yàn)

與仿真分析一致，開展基于GSSEC的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的負(fù)載突變控制試驗(yàn)時(shí)，設(shè)開關(guān)磁阻電機(jī)的給定轉(zhuǎn)速為1 000 r/min，初始負(fù)載轉(zhuǎn)矩為2 N?m，在t=2s時(shí)突加1N?m負(fù)載，在t=7s時(shí)突卸1N?m負(fù)載，得到的開關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速的波形如圖11所示。由圖11可知，當(dāng)負(fù)載發(fā)生突變后，開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)速基本無變化，說明基于GSSEC的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力。

圖11 負(fù)載突變時(shí)開關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速的波形Fig.11 Waveform of actual speed of SRM under sudden load change

4.3 不同控制方法的性能對(duì)比

根據(jù)文獻(xiàn)［15］，在相同試驗(yàn)條件下，對(duì)比本文提出的基于GSSEC的控制方法和ATSKFC方法的轉(zhuǎn)速跟蹤相對(duì)誤差。通過試驗(yàn)得到，當(dāng)給定轉(zhuǎn)速為1 200sintr/min時(shí)，2種控制方法下開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)速跟蹤相對(duì)誤差δ如表3所示。相比于ATSKFC方法，采用基于GSSEC的控制方法時(shí)開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)速跟蹤相對(duì)誤差δ減小了21.33%。由此可知，采用基于GSSEC的控制方法時(shí)開關(guān)磁阻電機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)速的跟蹤精度更高。

表3 給定轉(zhuǎn)速為1 200sin t r/min時(shí)不同控制方法下開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)速跟蹤相對(duì)誤差對(duì)比Table 3 Comparison of relative error of speed tracking of SRM under different control methods with given speed of 1 200sin t r/min

5 結(jié)論

針對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的海洋絞車主動(dòng)升沉補(bǔ)償控制系統(tǒng)，提出了一種基于GSSEC的調(diào)速控制方法。通過建立開關(guān)磁阻電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合海洋絞車主動(dòng)升沉補(bǔ)償?shù)耐娇刂埔?，?duì)基于GSSEC的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速控制方法的基本原理、具體設(shè)計(jì)方法及其控制參數(shù)的優(yōu)化方法進(jìn)行了分析，并通過仿真分析和試驗(yàn)對(duì)其效果進(jìn)行了驗(yàn)證，同時(shí)還與ATSKFC方法進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明：基于GSSEC的控制方法具有轉(zhuǎn)速跟蹤精度高和帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可為實(shí)現(xiàn)開關(guān)磁阻電機(jī)應(yīng)用于海洋絞車主動(dòng)升沉補(bǔ)償控制系統(tǒng)奠定理論基礎(chǔ)。