一種開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)邊春元，滿永奎，顧樹生（東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)110004）此外，系統(tǒng)采用了一種改進(jìn)的測(cè)周法來(lái)保證在調(diào)速范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速估算的精度。以一臺(tái)四相8/6結(jié)構(gòu)的0.75kw開關(guān)磁阻電機(jī)為控制對(duì)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，相電流波形得到了改善，有效地降低了電機(jī)的低速振動(dòng)噪聲，達(dá)到了預(yù)期效果。

開關(guān)磁阻電機(jī)（簡(jiǎn)稱sr電機(jī)），自問(wèn)世以來(lái)，以其優(yōu)越于傳統(tǒng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，受到學(xué)術(shù)界極大的關(guān)注。與各類調(diào)速系統(tǒng)相比，sr電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱srd系統(tǒng)）在成本、性能、應(yīng)用領(lǐng)域等諸方面都具有相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)力。但是，由于存在振動(dòng)噪聲大（尤其低速運(yùn)行時(shí)）的缺點(diǎn)，sr電機(jī)的推廣和應(yīng)用受到影響。目前，降低sr電機(jī)振動(dòng)噪聲的方法有兩階段關(guān)斷相電流法、馬鞍波電流法和降壓控制法等。

隨著功率電子器件和微處理器芯片的迅速發(fā)展，sr電機(jī)的高性能控制成為可能。本文設(shè)計(jì)了以80c196kc單片機(jī)為核心的srd系統(tǒng)，系統(tǒng)采用降壓控制來(lái)改善相電流波形，從而降低電機(jī)低速運(yùn)行的振動(dòng)噪聲。

1srd系統(tǒng)描述定子的徑向振動(dòng)是sr電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)噪聲的主要原因。電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，因旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)較小，相電流變化快，定子徑向振動(dòng)幅值大而噪聲嚴(yán)重。由此提出降低繞組供電電壓法來(lái)改善相電流波形，從而降低電機(jī)的低速振動(dòng)噪音。

本系統(tǒng)采用四相8/6結(jié)構(gòu)的sr電機(jī)，其功率變換器由不可控整流電路、斬波器、l-c濾波器和開關(guān)電路組成，如。圖中a、b、cd為電機(jī)的四相繞組；t卜t2、t3、t4為igbt功率開關(guān)器件，用于控制電機(jī)繞組的導(dǎo)通和關(guān)斷；p1為斬波器，調(diào)節(jié)其控制信號(hào)pwm的占空比，即可調(diào)節(jié)電機(jī)繞組的電壓；1、乃2、乃3、乃4為續(xù)流二極管，用于功率開關(guān)器件關(guān)斷時(shí)續(xù)流，把儲(chǔ)存于繞組中的剩余磁能轉(zhuǎn)化為電能，并回饋給電容c1和c2；r1為采樣電阻，用于電流檢測(cè)。

本系統(tǒng)的控制器以80c196kc單片機(jī)為核心，其簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)框圖如-80c196kc單片機(jī)的基金項(xiàng)目：遼寧省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（98102⑴301）。

黑龍江綏化人，東北大學(xué)教授，士生導(dǎo)師范圍內(nèi)采樣周期不致相差過(guò)大，同時(shí)保證在每個(gè)采樣周期內(nèi)，經(jīng)n分頻后的波形有一個(gè)完整周波；圖中下部為時(shí)鐘脈沖，其周期為tc頻率對(duì)于時(shí)刻t.、t卜t2和t3有設(shè)to時(shí)刻的估算角速度為0，估算角加速度為則任意時(shí)刻t的估算角速度3為對(duì)上式積分可得設(shè)to時(shí)刻電機(jī)的角位移為0，電機(jī)轉(zhuǎn)子極數(shù)為從，由于位置檢測(cè)器轉(zhuǎn)盤的齒槽均分布，則tl、t2時(shí)刻電機(jī)的角位移分別為將式（6）和式（7）代入式（5），可解得d和do，再結(jié)合式（3）和式（4），可得到電機(jī)t3時(shí)刻的估算角速度d3.由其角速度d3（ad/s）可得電機(jī)t3時(shí)刻的估算速度d3（/min）為對(duì)改進(jìn)的測(cè)周法說(shuō)明如下：①適于位置信號(hào)脈沖較少的srd系統(tǒng)的速度估算；②考慮了加速度的影響，在轉(zhuǎn)速變化較大時(shí)，減弱了速度估算的滯后效應(yīng)；③式（8）是由一個(gè)光電傳感元件輸出的位置信號(hào)推導(dǎo)而得到的，對(duì)于多個(gè)光電傳感元件輸出位置信號(hào)的合成信號(hào)，用電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周合成位置信號(hào)包含的脈沖數(shù)替代式（8）中的即可，+快速輸入口hsi用來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速信號(hào)；快速輸出口hso用于輸出相控信號(hào)；a/d轉(zhuǎn)換器通道adc用來(lái)檢測(cè)相電流和直流電壓信號(hào)；一個(gè)脈寬調(diào)制輸出口pwm用于輸出斬波器的控制信號(hào)，用另一個(gè)pwm口構(gòu)成d/a轉(zhuǎn)換器輸出電流給定信號(hào)以實(shí)現(xiàn)電流斬波控制（簡(jiǎn)稱ccc控制）全雙工串行口sio用來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。此外，由于接口需要，擴(kuò)展了一片可編程并行i/o接口芯片8255（未畫出）由于電機(jī)轉(zhuǎn)速估算的需要，在速度檢測(cè)信號(hào)電路中采用可編程定時(shí)器8253（未畫出）對(duì)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)進(jìn)行分頻處理。

系統(tǒng)的設(shè)定值（轉(zhuǎn)速和電流）、正反轉(zhuǎn)等信息通過(guò)鍵盤輸入；電流值、電壓值、轉(zhuǎn)速值和斬波器控制信號(hào)pwm的占空比均可通過(guò)數(shù)碼管顯示（由鍵盤功能鍵切換）cpu綜合鍵盤輸入信息與轉(zhuǎn)子位置、速度、電流、電壓等反饋信號(hào)，通過(guò)分析和計(jì)算，按照控制策略，向功率變換器發(fā)出命令，完成對(duì)電機(jī)的角度位置控制（簡(jiǎn)稱apc控制）、ccc控制、低速降壓控制、正反轉(zhuǎn)和保護(hù)功能等控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)sr電機(jī)的控制。

2控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)引入斬波器來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)的降壓控制，斬波器控制信號(hào)pwm的占空比由電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速來(lái)確定。

2.1轉(zhuǎn)速的估算原理本系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器是由中間開槽的光電傳感元件和與sr電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸安裝、6齒槽均分布的轉(zhuǎn)盤構(gòu)成。電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周，光電傳感器的輸出信號(hào)只包含6個(gè)脈沖信號(hào)。由于轉(zhuǎn)子位置信號(hào)脈沖較少，電機(jī)轉(zhuǎn)速通常采用測(cè)周法來(lái)估算，但電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，估算的轉(zhuǎn)速誤差較大。為了提高估算精度，采用一種改進(jìn)的測(cè)周法來(lái)估算電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

給出了改進(jìn)的測(cè)周法的估算原理。圖中上部的波形為一路位置信號(hào)經(jīng)n分頻后的波形，在涵的轉(zhuǎn)速段選擇適當(dāng)?shù)?值aftlc個(gè)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速ubli：3實(shí)驗(yàn)結(jié)果④當(dāng)電機(jī)速運(yùn)行時(shí)，即（/=0或mi=m則t3時(shí)刻的估算速度n"3（/min）為以四相8/6極0.75kw的sr電機(jī)為控制對(duì)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，為電機(jī)在轉(zhuǎn)速n=式（9）與普通測(cè)周法的轉(zhuǎn)速估算公式n=n類似，可認(rèn)為是對(duì)用普通測(cè)周法估算的多個(gè)轉(zhuǎn)速求均值。因此，在速度較高時(shí)，選擇合適的分頻值n可以減小速度估算的誤差。

在本系統(tǒng)中，對(duì)于不同轉(zhuǎn)速，位置信號(hào)的分頻是由可編程定時(shí)器8253來(lái)實(shí)現(xiàn)的，分頻后的信號(hào)作為80c196kc單片機(jī)hsi的輸入信號(hào)。hsi采用中斷模式，并檢測(cè)信號(hào)的正負(fù)跳變。計(jì)下每次中斷時(shí)hsi寄存器的值（同時(shí)考慮定時(shí)器的溢出）那么兩次中斷值之差即為相應(yīng)的m值，存儲(chǔ)最新的3個(gè)m值（即m1、m2和m3）每次中斷由3個(gè)m值根據(jù)式（8）計(jì)算一次轉(zhuǎn)速。這樣，對(duì)于分頻后的位置信號(hào)，實(shí)際上每半個(gè)周期計(jì)算一次轉(zhuǎn)速。電機(jī)起動(dòng)的瞬間，即沒(méi)有采樣滿3個(gè)m值時(shí)，不進(jìn)行轉(zhuǎn)速估算，電機(jī)控制采用初始轉(zhuǎn)速值。

2.2斬波器的程序設(shè)計(jì)制，改變pwm寄存器的值，即可改變pwm信號(hào)的占空比，從而改變電機(jī)繞組的直流電壓ud.寄存器值x由電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速n來(lái)確定，其子程序框圖如。其中，nl為斬波器處于直通狀態(tài)的轉(zhuǎn)速下限，此時(shí)，m=255；為了保證一定的相電流，并使斬波器正常工作，pwm寄存器值x設(shè)定了上、下限值xmax和xmin；k1和k2為常數(shù)；xx'為前一次pwm寄存器的值。的相電流波形。a為不采用低速降壓控制（斬波器直通，即pwm寄存器值x=255）時(shí)的相電流波形（ccc控制產(chǎn)生作用）b為采用低速降壓控制的相電流波形（圖的下部分為一相繞組的相控信號(hào)）比較a和b采用低速降壓控制后的相電流不僅變化率減小，而且波形為近似方波。結(jié)果表明，該系統(tǒng)采用低速降壓控制后，相電流波形得到了改善，不僅保證了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和出力，而且電機(jī)的低速振動(dòng)噪聲也有所降低，達(dá)到了預(yù)期效果。

4結(jié)心，采用斬波器來(lái)實(shí)現(xiàn)低速降壓控制，改善了相電流波形，在保證電機(jī)轉(zhuǎn)矩和出力前提下，降低了電機(jī)的低速振動(dòng)噪聲，達(dá)到了預(yù)期效果。系統(tǒng)采用改進(jìn)的測(cè)周法來(lái)估算電機(jī)的轉(zhuǎn)速，保證了在調(diào)速范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速估算的精度。此外，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活，顯示直觀，調(diào)試方便，主開關(guān)元件少，控制系統(tǒng)成本低，可作為普通的調(diào)速系統(tǒng)來(lái)代替變頻調(diào)速系統(tǒng)。