一种开关磁阻电机驱动系统边春元，满永奎，顾树生（东北大学信息科学与工程学院，辽宁沈阳110004）此外，系统采用了一种改进的测周法来保证在调速范围内转速估算的精度。以一台四相8/6结构的0.75kW开关磁阻电机为控制对象进行实验，结果表明，相电流波形得到了改善，有效地降低了电机的低速振动噪声，达到了预期效果。

　　开关磁阻电机（简称SR电机），自问世以来，以其优越于传统电机的结构、性能和经济指标，受到学术界极大的关注。与各类调速系统相比，SR电机驱动系统（简称SRD系统）在成本、性能、应用领域等诸方面都具有相当的竞争力。但是，由于存在振动噪声大（尤其低速运行时）的缺点，SR电机的推广和应用受到影响。目前，降低SR电机振动噪声的方法有两阶段关断相电流法、马鞍波电流法和降压控制法等。

　　随着功率电子器件和微处理器芯片的迅速发展，SR电机的高性能控制成为可能。本文设计了以80c196KC单片机为核心的SRD系统，系统采用降压控制来改善相电流波形，从而降低电机低速运行的振动噪声。

　　1SRD系统描述定子的径向振动是SR电机产生振动噪声的主要原因。电机低速运行时，因旋转电动势较小，相电流变化快，定子径向振动幅值大而噪声严重。由此提出降低绕组供电电压法来改善相电流波形，从而降低电机的低速振动噪音。

　　本系统采用四相8/6结构的SR电机，其功率变换器由不可控整流电路、斩波器、L-C滤波器和开关电路组成，如。图中A、B、CD为电机的四相绕组；T卜T2、T3、T4为IGBT功率开关器件，用于控制电机绕组的导通和关断；P1为斩波器，调节其控制信号PWM的占空比，即可调节电机绕组的电压；1、乃2、乃3、乃4为续流二极管，用于功率开关器件关断时续流，把储存于绕组中的剩余磁能转化为电能，并回馈给电容C1和C2；R1为采样电阻，用于电流检测。

　　本系统的控制器以80c196KC单片机为核心，其简化结构框图如-80c196KC单片机的基金项目：辽宁省自然科学基金资助项目（98102⑴301）。

　　黑龙江绥化人，东北大学教授，士生导师范围内采样周期不致相差过大，同时保证在每个采样周期内，经N分频后的波形有一个完整周波；图中下部为时钟脉冲，其周期为Tc频率对于时刻t.、t卜t2和t3有设to时刻的估算角速度为0，估算角加速度为则任意时刻t的估算角速度3为对上式积分可得设to时刻电机的角位移为0，电机转子极数为从，由于位置检测器转盘的齿槽均分布，则tl、t2时刻电机的角位移分别为将式（6）和式（7）代入式（5），可解得d和do，再结合式（3）和式（4），可得到电机t3时刻的估算角速度d3.由其角速度d3（ad/s）可得电机t3时刻的估算速度d3（/min）为对改进的测周法说明如下：①适于位置信号脉冲较少的SRD系统的速度估算；②考虑了加速度的影响，在转速变化较大时，减弱了速度估算的滞后效应；③式（8）是由一个光电传感元件输出的位置信号推导而得到的，对于多个光电传感元件输出位置信号的合成信号，用电机旋转一周合成位置信号包含的脉冲数替代式（8）中的即可，+快速输入口HSI用来检测转子位置和转速信号；快速输出口HSO用于输出相控信号；A/D转换器通道ADC用来检测相电流和直流电压信号；一个脉宽调制输出口PWM用于输出斩波器的控制信号，用另一个PWM口构成D/A转换器输出电流给定信号以实现电流斩波控制（简称CCC控制）全双工串行口SIO用来驱动数码管显示。此外，由于接口需要，扩展了一片可编程并行I/O接口芯片8255（未画出）由于电机转速估算的需要，在速度检测信号电路中采用可编程定时器8253（未画出）对转子位置信号进行分频处理。

　　系统的设定值（转速和电流）、正反转等信息通过键盘输入；电流值、电压值、转速值和斩波器控制信号PWM的占空比均可通过数码管显示（由键盘功能键切换）CPU综合键盘输入信息与转子位置、速度、电流、电压等反馈信号，通过分析和计算，按照控制策略，向功率变换器发出命令，完成对电机的角度位置控制（简称APC控制）、CCC控制、低速降压控制、正反转和保护功能等控制，从而实现对SR电机的控制。

　　2控制系统的实现本系统引入斩波器来实现电机低速运行时的降压控制，斩波器控制信号PWM的占空比由电机运行转速来确定。

　　2.1转速的估算原理本系统的转子位置检测器是由中间开槽的光电传感元件和与SR电机转子同轴安装、6齿槽均分布的转盘构成。电机旋转一周，光电传感器的输出信号只包含6个脉冲信号。由于转子位置信号脉冲较少，电机转速通常采用测周法来估算，但电机高速运行时，估算的转速误差较大。为了提高估算精度，采用一种改进的测周法来估算电机的转速。

　　给出了改进的测周法的估算原理。图中上部的波形为一路位置信号经N分频后的波形，在涵的转速段选择适当的%值aftlc个转转速ubli：3实验结果④当电机速运行时，即（/=0或mi=m则t3时刻的估算速度n"3（/min）为以四相8/6极0.75kW的SR电机为控制对象进行实验，为电机在转速n=式（9）与普通测周法的转速估算公式n=N类似，可认为是对用普通测周法估算的多个转速求均值。因此，在速度较高时，选择合适的分频值N可以减小速度估算的误差。

　　在本系统中，对于不同转速，位置信号的分频是由可编程定时器8253来实现的，分频后的信号作为80c196KC单片机HSI的输入信号。HSI采用中断模式，并检测信号的正负跳变。计下每次中断时HSI寄存器的值（同时考虑定时器的溢出）那么两次中断值之差即为相应的m值，存储*新的3个m值（即m1、m2和m3）每次中断由3个m值根据式（8）计算一次转速。这样，对于分频后的位置信号，实际上每半个周期计算一次转速。电机起动的瞬间，即没有采样满3个m值时，不进行转速估算，电机控制采用初始转速值。

　　2.2斩波器的程序设计制，改变PWM寄存器的值，即可改变PWM信号的占空比，从而改变电机绕组的直流电压Ud.寄存器值X由电机运行转速n来确定，其子程序框图如。其中，nL为斩波器处于直通状态的转速下限，此时，M=255；为了保证一定的相电流，并使斩波器正常工作，PWM寄存器值X设定了上、下限值Xmax和Xmin；K1和K2为常数；XX'为前一次PWM寄存器的值。的相电流波形。a为不采用低速降压控制（斩波器直通，即PWM寄存器值X=255）时的相电流波形（CCC控制产生作用）b为采用低速降压控制的相电流波形（图的下部分为一相绕组的相控信号）比较a和b采用低速降压控制后的相电流不仅变化率减小，而且波形为近似方波。结果表明，该系统采用低速降压控制后，相电流波形得到了改善，不仅保证了电机的转矩和出力，而且电机的低速振动噪声也有所降低，达到了预期效果。

　　4结心，采用斩波器来实现低速降压控制，改善了相电流波形，在保证电机转矩和出力前提下，降低了电机的低速振动噪声，达到了预期效果。系统采用改进的测周法来估算电机的转速，保证了在调速范围内转速估算的精度。此外，系统的结构简单，控制灵活，显示直观，调试方便，主开关元件少，控制系统成本低，可作为普通的调速系统来代替变频调速系统。