一種開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)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(tǒng)采用了一種改進的測周法來保證在調(diào)速范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速估算的精度。以一臺四相8/6結(jié)構(gòu)的0.75kw開關(guān)磁阻電機為控制對象進行實驗，結(jié)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(guān)磁阻電機（簡稱sr電機），自問世以來，以其優(yōu)越于傳統(tǒng)電機的結(jié)構(gòu)、性能和經(jīng)濟指標，受到學術(shù)界極大的關(guān)注。與各類調(diào)速系統(tǒng)相比，sr電機驅(qū)動系統(tǒng)（簡稱srd系統(tǒng)）在成本、性能、應用領域等諸方面都具有相當?shù)母偁幜Α５?，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(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(tǒng)，系統(tǒng)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(tǒng)描述定子的徑向振動是sr電機產(chǎn)生振動噪聲的主要原因。電機低速運行時，因旋轉(zhuǎn)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(tǒng)采用四相8/6結(jié)構(gòu)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(guān)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(guān)器件，用于控制電機繞組的導通和關(guān)斷；p1為斬波器，調(diào)節(jié)其控制信號pwm的占空比，即可調(diào)節(jié)電機繞組的電壓；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)斷時續(xù)流，把儲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。

本系統(tǒng)的控制器以80c196kc單片機為核心，其簡化結(jié)構(gòu)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(nèi)采樣周期不致相差過大，同時保證在每個采樣周期內(nèi)，經(jīng)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(zhuǎn)子極數(shù)為從，由于位置檢測器轉(zhuǎn)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(jié)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(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，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(zhuǎn)一周合成位置信號包含的脈沖數(shù)替代式（8）中的即可，+快速輸入口hsi用來檢測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速信號；快速輸出口hso用于輸出相控信號；a/d轉(zhuǎn)換器通道adc用來檢測相電流和直流電壓信號；一個脈寬調(diào)制輸出口pwm用于輸出斬波器的控制信號，用另一個pwm口構(gòu)成d/a轉(zhuǎn)換器輸出電流給定信號以實現(xiàn)電流斬波控制（簡稱ccc控制）全雙工串行口sio用來驅(qū)動數(shù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子位置信號進行分頻處理。

系統(tǒng)的設定值（轉(zhuǎn)速和電流）、正反轉(zhuǎn)等信息通過鍵盤輸入；電流值、電壓值、轉(zhuǎn)速值和斬波器控制信號pwm的占空比均可通過數(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，通過分析和計算，按照控制策略，向功率變換器發(fā)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(zhuǎn)和保護功能等控制，從而實現(xiàn)對sr電機的控制。

2控制系統(tǒng)的實現(xiàn)本系統(tǒng)引入斬波器來實現(xiàn)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(zhuǎn)速來確定。

2.1轉(zhuǎn)速的估算原理本系統(tǒng)的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子同軸安裝、6齒槽均分布的轉(zhuǎn)盤構(gòu)成。電機旋轉(zhuǎn)一周，光電傳感器的輸出信號只包含6個脈沖信號。由于轉(zhuǎn)子位置信號脈沖較少，電機轉(zhuǎn)速通常采用測周法來估算，但電機高速運行時，估算的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jīng)n分頻后的波形，在涵的轉(zhuǎn)速段選擇適當?shù)?值aftlc個轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速ubli：3實驗結(jié)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(zhuǎn)速n=式（9）與普通測周法的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(tǒng)中，對于不同轉(zhuǎn)速，位置信號的分頻是由可編程定時器8253來實現(xiàn)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(jù)式（8）計算一次轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速。電機起動的瞬間，即沒有采樣滿3個m值時，不進行轉(zhuǎn)速估算，電機控制采用初始轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(tài)的轉(zhuǎn)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(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）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，不僅保證了電機的轉(zhuǎn)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(jié)心，采用斬波器來實現(xiàn)低速降壓控制，改善了相電流波形，在保證電機轉(zhuǎn)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(tǒng)采用改進的測周法來估算電機的轉(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)來代替變頻調(diào)速系統(tǒng)。