开关磁阻电机（SRM）原理简单、造价低，可靠性高，耐高温，调速范围也宽，这些特点让它在电动汽车和多电飞机的起发电机选型中很有竞争力。它的双凸极结构带来高饱和磁路与强非线性电磁特性，输出转矩难以通过解析式或数学模型直接得到。这一点落到经典电流斩波控制上，就是明显的转矩波动；而大转矩脉动会威胁电驱动系统的可靠性，也就成了制约 SRM 进一步应用的主要障碍之一。

　　围绕脉动，学界试过好几条路线。直接转矩控制依靠为减小脉动而构建的电压矢量表工作，后续有研究者用转矩与磁链的估算误差来确定最优电压矢量，脉动进一步下降。直接瞬时转矩控制把瞬时转矩送进滞环比较，响应直接，代价是负转矩带来效率损失，角度迭代优化被用来压低换相过程中的电流脉冲。

　　转矩分配函数把参考转矩分配给各相，使总转矩保持恒定；为兼顾高速下的跟踪精度与不同工况的通用性，又出现了在线转矩分配函数，比如先借助引力搜索算法把磁链曲线调到最优，再沿这条曲线推导出分配关系。

　　模型预测控制（MPC）的路径不同：先有精确的预测模型，把每种可能控制信号下目标变量的走向算一遍，再按预设控制律在线寻优。有研究者首次把模型预测转矩控制用于 SRM，用预测模型估算未来控制周期的转矩与电流，由代价函数选出使脉动最小的控制信号。

　　沿着这条线，改进大致有两个方向：一是减轻预测模型的存储负担，比如用四阶傅里叶模型替代数据查找表，在保障脉动抑制性能的同时提升实时性；二是提高模型精度，比如以 SRM 线性模型建立预测模型，通过磁链与转矩的等效转化修正误差，既减少换相过程的脉动，也改善了高速下的转矩控制。

　　无差拍预测控制凭借动态响应快的优势也逐步用于 SRM，有研究者按运行区域灵活选择不同的预测控制方法，做出了四象限运行控制，参考转矩的跟随能力相当出色。

　　把这几条路线放在一起看，问题就清楚了。代价函数的设计直接决定控制系统的性能，而权重、约束和预测时域多依赖人工经验，很难仅凭经验生成最优控制序列；传统有限集预测只在一小组开关状态里挑选，可选范围有限，MPC 的灵活性没有被充分利用，脉动抑制效果也就被压住了。

　　西安建筑科技大学等单位的付倩娆、郭继轩等研究者换了个做法。他们先用 PWM 信号替代传统预测控制中的三种开关状态，使控制信号从离散的三个状态扩展到连续范围；再对运行区域做在线调整，单相区采用无差拍预测控制计算导通相的最优占空比，换相区则用模型预测控制计算励磁相和退磁相的最优占空比。

　　电机性能预测模型通过拉丁超立方抽样获取，原本由代价函数承担的选择工作，改由二维线性插值完成，占空比得以在线寻优，权重与约束不再需要反复试凑。

　　实验结果显示，基于二维数据插值的方法在几乎不损失效率的情况下有效抑制了转矩脉动，与传统 MPC 相比，脉动抑制性能更优。

　　研究者指出，PWM 信号让控制信号从三个离散状态变为连续可调，电流与转矩的变化更平滑，也更能适应 SRM 复杂的非线性特性，不同工况下都能更精确地跟踪参考转矩；二维线性插值寻优则能更精细地调整励磁相与退磁相的占空比，换相过程过渡更平稳，因占空比突变引起的脉动随之减少。

　　本工作成果发表在2025年第24期《电工技术学报》，论文标题为“基于二维数据插值的开关磁阻电机转矩脉动抑制策略”。本课题得到国家自然科学基金、陕西省自然科学基础研究计划、航空科学基金和广东省基础与应用基础研究基金的支持。返回搜狐，查看更多