一種開關磁阻電機驅動系統邊春元，滿永奎，顧樹生（東北大學信息科學與工程學院，遼寧沈陽110004）此外，系統采用了一種改進的測周法來保證在調速范圍內轉速估算的精度。以一臺四相8/6結構的0.75kw開關磁阻電機為控制對象進行實驗，結果表明，相電流波形得到了改善，有效地降低了電機的低速振動噪聲，達到了預期效果。
開關磁阻電機（簡稱sr電機），自問世以來，以其優越于傳統電機的結構、性能和經濟指標，受到學術界極大的關注。與各類調速系統相比，sr電機驅動系統（簡稱srd系統）在成本、性能、應用領域等諸方面都具有相當的競爭力。但是，由于存在振動噪聲大（尤其低速運行時）的缺點，sr電機的推廣和應用受到影響。目前，降低sr電機振動噪聲的方法有兩階段關斷相電流法、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展，sr電機的高性能控制成為可能。本文設計了以80c196kc單片機為核心的srd系統，系統采用降壓控制來改善相電流波形，從而降低電機低速運行的振動噪聲。
1srd系統描述定子的徑向振動是sr電機產生振動噪聲的主要原因。電機低速運行時，因旋轉電動勢較小，相電流變化快，定子徑向振動幅值大而噪聲嚴重。由此提出降低繞組供電電壓法來改善相電流波形，從而降低電機的低速振動噪音。
本系統采用四相8/6結構的sr電機，其功率變換器由不可控整流電路、斬波器、l-c濾波器和開關電路組成，如。圖中a、b、cd為電機的四相繞組；t卜t2、t3、t4為igbt功率開關器件，用于控制電機繞組的導通和關斷；p1為斬波器，調節其控制信號pwm的占空比，即可調節電機繞組的電壓；1、乃2、乃3、乃4為續流二極管，用于功率開關器件關斷時續流，把儲存于繞組中的剩余磁能轉化為電能，并回饋給電容c1和c2；r1為采樣電阻，用于電流檢測。
本系統的控制器以80c196kc單片機為核心，其簡化結構框圖如-80c196kc單片機的基金項目：遼寧省自然科學基金資助項目（98102⑴301）。
黑龍江綏化人，東北大學教授，士生導師范圍內采樣周期不致相差過大，同時保證在每個采樣周期內，經n分頻后的波形有一個完整周波；圖中下部為時鐘脈沖，其周期為tc頻率對于時刻t.、t卜t2和t3有設to時刻的估算角速度為0，估算角加速度為則任意時刻t的估算角速度3為對上式積分可得設to時刻電機的角位移為0，電機轉子極數為從，由于位置檢測器轉盤的齒槽均分布，則tl、t2時刻電機的角位移分別為將式（6）和式（7）代入式（5），可解得d和do，再結合式（3）和式（4），可得到電機t3時刻的估算角速度d3.由其角速度d3（ad/s）可得電機t3時刻的估算速度d3（/min）為對改進的測周法說明如下：①適于位置信號脈沖較少的srd系統的速度估算；②考慮了加速度的影響，在轉速變化較大時，減弱了速度估算的滯后效應；③式（8）是由一個光電傳感元件輸出的位置信號推導而得到的，對于多個光電傳感元件輸出位置信號的合成信號，用電機旋轉一周合成位置信號包含的脈沖數替代式（8）中的即可，+快速輸入口hsi用來檢測轉子位置和轉速信號；快速輸出口hso用于輸出相控信號；a/d轉換器通道adc用來檢測相電流和直流電壓信號；一個脈寬調制輸出口pwm用于輸出斬波器的控制信號，用另一個pwm口構成d/a轉換器輸出電流給定信號以實現電流斬波控制（簡稱ccc控制）全雙工串行口sio用來驅動數碼管顯示。此外，由于接口需要，擴展了一片可編程并行i/o接口芯片8255（未畫出）由于電機轉速估算的需要，在速度檢測信號電路中采用可編程定時器8253（未畫出）對轉子位置信號進行分頻處理。
系統的設定值（轉速和電流）、正反轉等信息通過鍵盤輸入；電流值、電壓值、轉速值和斬波器控制信號pwm的占空比均可通過數碼管顯示（由鍵盤功能鍵切換）cpu綜合鍵盤輸入信息與轉子位置、速度、電流、電壓等反饋信號，通過分析和計算，按照控制策略，向功率變換器發出命令，完成對電機的角度位置控制（簡稱apc控制）、ccc控制、低速降壓控制、正反轉和保護功能等控制，從而實現對sr電機的控制。
2控制系統的實現本系統引入斬波器來實現電機低速運行時的降壓控制，斬波器控制信號pwm的占空比由電機運行轉速來確定。
2.1轉速的估算原理本系統的轉子位置檢測器是由中間開槽的光電傳感元件和與sr電機轉子同軸安裝、6齒槽均分布的轉盤構成。電機旋轉一周，光電傳感器的輸出信號只包含6個脈沖信號。由于轉子位置信號脈沖較少，電機轉速通常采用測周法來估算，但電機高速運行時，估算的轉速誤差較大。為了提高估算精度，采用一種改進的測周法來估算電機的轉速。
給出了改進的測周法的估算原理。圖中上部的波形為一路位置信號經n分頻后的波形，在涵的轉速段選擇適當的%值aftlc個轉轉速ubli：3實驗結果④當電機速運行時，即（/=0或mi=m則t3時刻的估算速度n"3（/min）為以四相8/6極0.75kw的sr電機為控制對象進行實驗，為電機在轉速n=式（9）與普通測周法的轉速估算公式n=n類似，可認為是對用普通測周法估算的多個轉速求均值。因此，在速度較高時，選擇合適的分頻值n可以減小速度估算的誤差。
在本系統中，對于不同轉速，位置信號的分頻是由可編程定時器8253來實現的，分頻后的信號作為80c196kc單片機hsi的輸入信號。hsi采用中斷模式，并檢測信號的正負跳變。計下每次中斷時hsi寄存器的值（同時考慮定時器的溢出）那么兩次中斷值之差即為相應的m值，存儲最新的3個m值（即m1、m2和m3）每次中斷由3個m值根據式（8）計算一次轉速。這樣，對于分頻后的位置信號，實際上每半個周期計算一次轉速。電機起動的瞬間，即沒有采樣滿3個m值時，不進行轉速估算，電機控制采用初始轉速值。
2.2斬波器的程序設計制，改變pwm寄存器的值，即可改變pwm信號的占空比，從而改變電機繞組的直流電壓ud.寄存器值x由電機運行轉速n來確定，其子程序框圖如。其中，nl為斬波器處于直通狀態的轉速下限，此時，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設定了上、下限值xmax和xmin；k1和k2為常數；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）時的相電流波形（ccc控制產生作用）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）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。結果表明，該系統采用低速降壓控制后，相電流波形得到了改善，不僅保證了電機的轉矩和出力，而且電機的低速振動噪聲也有所降低，達到了預期效果。
4結心，采用斬波器來實現低速降壓控制，改善了相電流波形，在保證電機轉矩和出力前提下，降低了電機的低速振動噪聲，達到了預期效果。系統采用改進的測周法來估算電機的轉速，保證了在調速范圍內轉速估算的精度。此外，系統的結構簡單，控制靈活，顯示直觀，調試方便，主開關元件少，控制系統成本低，可作為普通的調速系統來代替變頻調速系統。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
