基于DSP28335的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)研究

張芝敏　邱潔　熊濤　趙得榮

【摘 要】開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是繼變頻調(diào)速系統(tǒng)和無換向器電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)之后發(fā)展起來的一種新型調(diào)速系統(tǒng)。本文以高性能電機(jī)控制芯片DSPF28335為主控制器，配合H橋驅(qū)動電路、光電編碼器位置檢測方式等外圍電路，實(shí)現(xiàn)了基于直接轉(zhuǎn)矩控制的SRD調(diào)速系統(tǒng)。測試結(jié)果穩(wěn)定可靠，可實(shí)現(xiàn)正、停、反轉(zhuǎn)運(yùn)行和無極調(diào)速。

【關(guān)鍵詞】開關(guān)磁阻電機(jī)；DSPF28335；直接轉(zhuǎn)矩控制；H橋驅(qū)動

0 引言

開關(guān)磁阻電機(jī)（SRD）是近年來發(fā)展起來的一種新型電機(jī)。其結(jié)構(gòu)簡單，定子上只有簡單的集中繞組，轉(zhuǎn)子上沒有繞組[1]，沒有換向器，可以做到免維護(hù)運(yùn)行，因此，開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在各行各業(yè)都具有廣闊的應(yīng)用。

SRM調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、可用于高速需求，各相之間工作相互獨(dú)立，系統(tǒng)具有較高的可靠性[2]；

2）簡單可靠的功率電路。由于開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的功率電路中每相所需要的功率器件較少，并且各相通電順序決定了轉(zhuǎn)矩的方向，繞組中電流只要單方向即可，因此其功率電路結(jié)構(gòu)比較簡單；

3）起動轉(zhuǎn)矩較高，而起動電流較小，在開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，只需較小的起動電流，就可以得到較大的起動轉(zhuǎn)矩；

4）較多的可控參數(shù)，且良好的調(diào)速特性[3]，電機(jī)運(yùn)行效率高，損耗較小。

1 SRM硬件電路設(shè)計(jì)

SRM調(diào)速系統(tǒng)的核心部件由控制模塊和檢測模塊兩部分構(gòu)成?？刂颇K是整個系統(tǒng)的驅(qū)動動力，主要依靠核心控制器，所選用的控制器必須是高數(shù)據(jù)處理能力和高集成度的電機(jī)專用芯片。經(jīng)對比，本設(shè)計(jì)選用DSP28335主控制芯片，選用電機(jī)為四相8/6式SRD，功率變換器為H橋驅(qū)動電路。

1.1 DSP28335主控制器

DSP28335具有150MHz的高速處理能力，具備32位浮 點(diǎn)處理單元，6個DMA通道支持ADC、McBSP和 EMIF，有多達(dá)18路的PWM輸出和12位16通道ADC，且用戶可快速編寫控制算法。

1.2 功率驅(qū)動電路設(shè)計(jì)

功率驅(qū)動電路負(fù)責(zé)向開關(guān)磁阻電機(jī)提供運(yùn)行所需要的能量，本文的SRD系統(tǒng)的控制對象為四相8/6極開關(guān)磁阻電機(jī)，相數(shù)為偶數(shù)，因此，我們選擇H橋功率驅(qū)動電路作為SRD系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，MOSFET作為主開關(guān)器件。

1.3 轉(zhuǎn)子位置檢測電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用的是歐姆龍公司的光電編碼器E6B2-CWZ6C。DC 5V供電，輸出信號包括兩路正交脈沖信號A、B和一路位置信號Z[4]，含有短路保護(hù)回路設(shè)計(jì)，具有高測量精度和穩(wěn)定性。

該光電式位置傳感器組成結(jié)構(gòu)包括：光電脈沖發(fā)生器（固定部分）和轉(zhuǎn)盤（轉(zhuǎn)動部分與轉(zhuǎn)子固定部分）組成[5]。位置檢測的方法是：通過光電式位置傳感器的信號檢測結(jié)果，來確定轉(zhuǎn)子的相對位置，進(jìn)而控制換相順序，以實(shí)現(xiàn)SRM的持續(xù)運(yùn)行。光電脈沖發(fā)生器發(fā)出的光電脈沖信號被轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而影響，形成聯(lián)通與截?cái)鄡煞N效果，即高低電平交替出現(xiàn)，形成電脈沖信號，根據(jù)電脈沖信號的高低電平就可以確定轉(zhuǎn)子的實(shí)時位置，從而可以有效確定換相順序，實(shí)現(xiàn)SRM電機(jī)的連續(xù)運(yùn)行。

2 直接轉(zhuǎn)矩控制方式

直接轉(zhuǎn)矩控制方式（DTC）采用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，內(nèi)環(huán)為磁鏈環(huán)，外環(huán)為轉(zhuǎn)矩環(huán)。磁鏈主要是指合磁鏈，即定子繞組通電產(chǎn)生的磁場與轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁場之間的相互作用而形成的合磁場。磁鏈可根據(jù)定子繞組通電電流值而計(jì)算得出[6]；轉(zhuǎn)矩是轉(zhuǎn)速的另一種體現(xiàn)形式，在實(shí)際運(yùn)行中，轉(zhuǎn)矩?zé)o法直接計(jì)算，而是通過查找“T-I-φ”關(guān)系表格而估算出來的，由于定子繞組含有三相，通電電流也有三相，形成的磁鏈也就包含三種磁鏈值，因此，在磁鏈的估算過程中，需要將每一相的磁鏈值通過空間坐標(biāo)系獨(dú)立的表示出來，只有這樣才能夠估算的更加精確。然而，本設(shè)計(jì)通過Matlab搭建仿真模塊，可以直接得出轉(zhuǎn)矩值，因此，無需查表估算。

3 結(jié)語

本SRM調(diào)速系統(tǒng)的測試結(jié)果表明，光電編碼器位置傳感器檢測精確，轉(zhuǎn)子換相準(zhǔn)確，且轉(zhuǎn)矩脈動小、轉(zhuǎn)速響應(yīng)快、啟動迅速且能適應(yīng)頻繁啟動；DSP28335主控制器的快速調(diào)節(jié)性能，保證了系統(tǒng)的高速運(yùn)行；光電編碼器位置檢測方式，提高了轉(zhuǎn)子位置檢測精度。本SRM調(diào)速系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、控制穩(wěn)定，適合在頻繁啟動場合應(yīng)用與推廣。

【參考文獻(xiàn)】

[1]賈濤，王忠慶.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器的礦井輸送機(jī)控制系統(tǒng)[J].煤礦機(jī)械，2012，33（4）：163-165.

[2]江建國，姜建軍，等.開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用[J].中國設(shè)備工程，2010（4）.

[3]吳建.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線辨識的開關(guān)磁阻電機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)PID控制[J].電氣自動化，2009，31（2）：34-42.

[4]李文江，于立峰，等.基于DSP的開關(guān)磁阻電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的研究[J].儀器儀表用戶，2008，15（6）：5-6.

[5]孫琛.開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（18）.

[6]劉春元，張靜，王宗剛.SR電機(jī)單神經(jīng)元PID直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)[J].自動化與儀器儀表，2011（4）：36-40.

[責(zé)任編輯：田吉捷]