---大會(huì)組委會(huì)點(diǎn)評(píng)---
開關(guān)磁阻電機(jī)(srm)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、轉(zhuǎn)子慣量低、成本低廉、控制方法靈活、可獲得各種所需的機(jī)械特性、在寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)均具有較高的效率等優(yōu)點(diǎn)，因此驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(srd)作為一種新型的交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)而備受矚目，在電力傳動(dòng)領(lǐng)域有廣闊的發(fā)展前景。
磁鏈特性是開關(guān)磁阻電機(jī)的基本特性，但由于其雙凸極結(jié)構(gòu)和磁路的高度飽和，磁鏈?zhǔn)寝D(zhuǎn)子位置和電流的非線性函數(shù)，建立精確的磁鏈模型較為困難，磁鏈特性的檢測(cè)和開關(guān)磁阻電機(jī)的精確建模得到了廣泛的研究。建立開關(guān)磁阻電機(jī)的磁鏈特性模型是優(yōu)化電機(jī)設(shè)計(jì)，提高電機(jī)性能和進(jìn)行無位置傳感器控制的必要步驟。
論文《基于tms320f2812的開關(guān)磁阻電機(jī)磁鏈特性檢測(cè)》在分析總結(jié)多位學(xué)者在開關(guān)磁阻電機(jī)磁鏈特性檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上，建立了基于dsp芯片tms320f2812的srm磁鏈檢測(cè)系統(tǒng)，得到srm磁鏈電流特性曲線和磁鏈－轉(zhuǎn)子位置－電流模型，為anfis逼近磁鏈、電流和轉(zhuǎn)子位置的非線性關(guān)系提供精確的訓(xùn)練樣本。
該論文選題恰當(dāng)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為精確，為后續(xù)無位置傳感器控制方法的研究提供了理論基礎(chǔ)。

1 引言
開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(srd)是一種新型的交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、成本低廉、控制參數(shù)多、控制方法靈活、可獲得各種所需的機(jī)械特性，從而在寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)均具有較高的效率而備受矚目，在電力傳動(dòng)領(lǐng)域有廣闊的發(fā)展前景。
磁鏈特性是開關(guān)磁阻電機(jī)的基本特性，建立開關(guān)磁阻電機(jī)的磁鏈特性模型是優(yōu)化電機(jī)設(shè)計(jì)，提高電機(jī)性能和進(jìn)行無位置傳感器控制的必要步驟，多位學(xué)者在開關(guān)磁阻電機(jī)磁鏈特性檢測(cè)方面做了大量研究，krishnan等討論了測(cè)量磁鏈特性的高頻疊加法和磁鏈直接與間接檢測(cè)法，并闡述了磁鏈直接與間接檢測(cè)法的實(shí)施細(xì)節(jié)。lovat等評(píng)述了當(dāng)前測(cè)量磁鏈特性的幾種方法。ray等探討了模擬運(yùn)算電路監(jiān)測(cè)磁鏈的方法，但要求電路中的電阻參數(shù)與繞組的電阻值精確匹配。ferrero、walivadekar、ramanarayanan等研究了采用數(shù)值積分估計(jì)繞組磁鏈的方法。virendra kumar sharma總結(jié)了以上方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了鉛酸電池勵(lì)磁的磁鏈特性測(cè)量方法。
隨著數(shù)字處理技術(shù)的進(jìn)步，基于示波器、dsp 和pc 機(jī)等工具的磁鏈特性數(shù)字檢測(cè)法也得到了廣泛的研究和應(yīng)用。文獻(xiàn)[1]借助于數(shù)字示波器和pc 機(jī)進(jìn)行電壓電流采集計(jì)算磁鏈；文獻(xiàn)[2]以labview為控制核心進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和磁鏈計(jì)算，該方法具有操作簡(jiǎn)單、顯示直觀的特點(diǎn)。國內(nèi)的詹瓊?cè)A和許鎮(zhèn)琳也分別在基于檢測(cè)繞組和dsp 的磁鏈特性實(shí)驗(yàn)檢測(cè)方面作了研究。
除了實(shí)驗(yàn)方法以外，磁鏈特性檢測(cè)還可以使用計(jì)算機(jī)軟件輔助分析，如有限元分析方法。有限元分析作為電機(jī)設(shè)計(jì)中的重要手段，可以和實(shí)驗(yàn)檢測(cè)相互對(duì)照，對(duì)電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)和控制都有重要作用。
本文在分析總結(jié)多位學(xué)者在開關(guān)磁阻電機(jī)磁鏈特性檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上，建立了基于dsp芯片tms320f2812 srm磁鏈檢測(cè)系統(tǒng)，利用adc模塊實(shí)時(shí)采集不同轉(zhuǎn)子位置的電壓、電流信號(hào)，將數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)，根據(jù)間接磁鏈測(cè)量原理，由數(shù)字離散方法計(jì)算磁鏈值，得到srm磁鏈電流特性曲線，建立了srm磁鏈－轉(zhuǎn)子位置－電流模型。

2 srm磁鏈特性測(cè)量原理
磁鏈特性的精度對(duì)于srm無位置傳感器轉(zhuǎn)子位置的估計(jì)至關(guān)重要，國內(nèi)外許多專家在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了各種測(cè)量磁鏈特性的方法，其中最常用的一種算法為階躍電壓法。在相繞組通電之前，繞組中無電流流過，認(rèn)為初始磁鏈值為零，然后給相繞組突加階躍電壓，電流逐漸上升達(dá)到穩(wěn)定值，磁鏈值也逐漸增加，檢測(cè)電流上升過程中的電壓電流值即可計(jì)算出磁鏈。
(1)
該方法不必檢測(cè)初始磁鏈值，只需要保證繞組充分放電完成就可以認(rèn)為初始磁鏈值為零。
磁鏈的計(jì)算采用數(shù)值方法，數(shù)值方法對(duì)相電流信號(hào)和相電壓信號(hào)進(jìn)行離散采樣，借助計(jì)算機(jī)，通過數(shù)值計(jì)算方法求出各個(gè)時(shí)刻的磁鏈值。
(2)

3 srm磁鏈檢測(cè)系統(tǒng)概述
基于dsp的sr電動(dòng)機(jī)磁鏈檢測(cè)裝置如圖1所示。dsp是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，pwm單元為功率開關(guān)s1提供開通信號(hào)，adc單元在繞組通電后由霍爾電壓和電流傳感器實(shí)時(shí)采樣相繞組端電壓和電流值，sci單元將采集到的電壓電流數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)，dsp芯片tms320f2812時(shí)鐘頻率為150mhz，運(yùn)行速度快，支持多組中斷，在數(shù)據(jù)采集和電機(jī)控制系統(tǒng)有廣泛應(yīng)用。
實(shí)驗(yàn)樣機(jī)為四相8/6極sr電動(dòng)機(jī)，額定功率p_n=1.5kw，額定轉(zhuǎn)速n_n=1500r/min，額定電壓u=48v，定子電阻r=0.23ω。利用dsp芯片tms320f2812進(jìn)行電壓、電流采樣，采樣數(shù)據(jù)傳到上位機(jī)處理。

圖1 基于dsp的開關(guān)磁阻電機(jī)磁鏈檢測(cè)系統(tǒng)

8/6極sr電機(jī)轉(zhuǎn)子極距角為60°，由于對(duì)稱性，只測(cè)量定轉(zhuǎn)子極對(duì)極位置到凸極對(duì)凹槽位置之間30°特性曲線，設(shè)定子凸極和轉(zhuǎn)子凹槽對(duì)齊位置為零度，每隔5°進(jìn)行一組電壓電流采樣。

4 實(shí)驗(yàn)步驟
srm和機(jī)械夾緊裝置固定在同一工作臺(tái)上，當(dāng)轉(zhuǎn)子通過機(jī)械夾緊裝置固定在某一位置后，dsp的pwm單元發(fā)出導(dǎo)通信號(hào)，繞組中電流逐漸上升，繞組一端串有大功率小阻值電阻，限制繞組電流上升速度和最大值。
測(cè)量時(shí)遵循以下步驟：
(1)給srm一相繞組通一小電流，使電機(jī)位于平衡位置，機(jī)械夾緊裝置將電機(jī)固定在此位置，作為測(cè)試起點(diǎn)；
(2)閉合開關(guān)s，給電容c充電，使其兩端電壓達(dá)到24v，斷開開關(guān)s；
(3)dsp輸出pwm信號(hào)導(dǎo)通功率開關(guān)s1，電容兩端電壓加到相繞組上，adc單元采樣放電過程繞組電壓，電流瞬時(shí)值，并暫存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，采樣完成關(guān)斷s1，sci單元將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)；
(4)繞組充分放電后(保證初始磁鏈ψ(0)=0)，在同一位置采樣多組數(shù)據(jù)；
(5)松開夾緊裝置，將轉(zhuǎn)子位置轉(zhuǎn)過5°，再將轉(zhuǎn)子夾緊，重復(fù)(2)-(4)步驟；
(6)采樣完成，根據(jù)式(2)對(duì)采樣的電壓和電流信號(hào)濾波和計(jì)算，繪制不同轉(zhuǎn)子位置下的磁鏈特性曲線。
dsp的ev單元通用定時(shí)器3的周期寄存器t3pr值設(shè)置電機(jī)繞組通電周期，通用定時(shí)器1的周期寄存器t1pr值設(shè)置電壓電流adc采樣周期，采樣1000組數(shù)據(jù)。eva設(shè)置為數(shù)字量輸入通道，adc模塊為同步采樣模式，排序器級(jí)聯(lián)，eva觸發(fā)啟動(dòng)adc轉(zhuǎn)換，兩個(gè)通道分別采樣電流量和電壓量。
設(shè)置adc采樣周期為50μs。當(dāng)pwm端口輸出功率器件開通信號(hào)后，定時(shí)器從零開始連續(xù)增計(jì)數(shù)；當(dāng)計(jì)數(shù)值等于周期寄存器的值時(shí)，定時(shí)器溢出，觸發(fā)adc 單元進(jìn)行電壓電流信號(hào)采樣和轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換完成后進(jìn)入adc 中斷子程序，在adc 中斷子程序中存儲(chǔ)采樣結(jié)果，并且記錄已采樣數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)；當(dāng)采樣個(gè)數(shù)達(dá)到要求后(電壓電流采樣數(shù)據(jù)為1000 組)，定時(shí)器停止計(jì)數(shù)，相繞組關(guān)斷，再利用sci 模塊將數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
根據(jù)采樣得到的電壓電流值和公式(2)計(jì)算得到不同轉(zhuǎn)子位置下的磁鏈電流曲線。
圖2為定子凸極和轉(zhuǎn)子凸極對(duì)齊位置磁鏈隨電流變化曲線，當(dāng)電流上升到一定值時(shí)磁鏈值上升緩慢，趨于恒值，磁鏈在極對(duì)極位置高度飽和。

圖2 定轉(zhuǎn)子極對(duì)極位置(30°)磁鏈電流曲線

圖3 不同轉(zhuǎn)子位置下磁鏈電流特性曲線圖

圖4 磁鏈、轉(zhuǎn)子位置和電流三維曲面圖

圖3中給出了0-30°定轉(zhuǎn)子位置下的磁鏈特性曲線，圖4為磁鏈、轉(zhuǎn)子位置和電流三維曲面圖。在定子凸極和轉(zhuǎn)子凸極對(duì)齊位置(30°)磁鏈與電流成非線形關(guān)系，磁鏈高度飽和，定子凸極和轉(zhuǎn)子凹槽對(duì)齊位置(0°)，磁鏈和電流成線形關(guān)系，磁鏈特性的檢測(cè)結(jié)果同理論分析相符。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為估算轉(zhuǎn)子位置、電流和磁鏈的非線性關(guān)系提供了精確的訓(xùn)練樣本。
根據(jù)公式(3)可得電感特性曲線，如圖5所示。

圖5 電流為1a-9a時(shí)電感隨轉(zhuǎn)子位置變化曲線

(3)
由圖5可看出，在同一轉(zhuǎn)子位置，電感隨著電流值的增加而減小，在定轉(zhuǎn)子極對(duì)極位置，電感隨電流的變化明顯，在定子凸極與轉(zhuǎn)子凹槽對(duì)齊位置，電感隨電流變化不明顯，電流值越大，電感飽和程度越嚴(yán)重。

作者簡(jiǎn)介
劉麗蕓(1983-) 女 碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏﹄娮优c電氣傳動(dòng)。
車延博(1972-) 男 副教授/博士，研究方向?yàn)殡娏﹄娮优c電氣傳動(dòng)。

參考文獻(xiàn)
[1] erkan mese and david a.torrey, an approach for sensorless bbbbbbbb estimation for switched reluctance motors using artifical neural networks. ieee transbbbbbbs on power electronics, vol.17, no.1,january 2002.
[2] wang s c, chen w s, liao w b, etal, a pc-based measurement system for determining magnetic characteristics of switched reluctance motors, powercon 2002,kunming,china,13～17 oct 2002,4:2256～2260.