基于DSP28335的開關磁阻電機調速系統研究

張芝敏　邱潔　熊濤　趙得榮

【摘 要】開關磁阻電機調速系統是繼變頻調速系統和無換向器電機調速系統之后發展起來的一種新型調速系統。本文以高性能電機控制芯片DSPF28335為主控制器，配合H橋驅動電路、光電編碼器位置檢測方式等外圍電路，實現了基于直接轉矩控制的SRD調速系統。測試結果穩定可靠，可實現正、停、反轉運行和無極調速。

【關鍵詞】開關磁阻電機；DSPF28335；直接轉矩控制；H橋驅動

0 引言

開關磁阻電機（SRD）是近年來發展起來的一種新型電機。其結構簡單，定子上只有簡單的集中繞組，轉子上沒有繞組[1]，沒有換向器，可以做到免維護運行，因此，開關磁阻電機調速系統在各行各業都具有廣闊的應用。

SRM調速系統的優點主要體現在以下幾個方面：

1）電機結構簡單、成本低廉、可用于高速需求，各相之間工作相互獨立，系統具有較高的可靠性[2]；

2）簡單可靠的功率電路。由于開關磁阻電機調速系統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矩的方向，繞組中電流只要單方向即可，因此其功率電路結構比較簡單；

3）起動轉矩較高，而起動電流較小，在開關磁阻電機調速系統中，只需較小的起動電流，就可以得到較大的起動轉矩；

4）較多的可控參數，且良好的調速特性[3]，電機運行效率高，損耗較小。

1 SRM硬件電路設計

SRM調速系統的核心部件由控制模塊和檢測模塊兩部分構成。控制模塊是整個系統的驅動動力，主要依靠核心控制器，所選用的控制器必須是高數據處理能力和高集成度的電機專用芯片。經對比，本設計選用DSP28335主控制芯片，選用電機為四相8/6式SRD，功率變換器為H橋驅動電路。

1.1 DSP28335主控制器

DSP28335具有150MHz的高速處理能力，具備32位浮 點處理單元，6個DMA通道支持ADC、McBSP和 EMIF，有多達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 功率驅動電路設計

功率驅動電路負責向開關磁阻電機提供運行所需要的能量，本文的SRD系統的控制對象為四相8/6極開關磁阻電機，相數為偶數，因此，我們選擇H橋功率驅動電路作為SRD系統的拓撲結構，MOSFET作為主開關器件。

1.3 轉子位置檢測電路設計

本系統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]，含有短路保護回路設計，具有高測量精度和穩定性。

該光電式位置傳感器組成結構包括：光電脈沖發生器（固定部分）和轉盤（轉動部分與轉子固定部分）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果，來確定轉子的相對位置，進而控制換相順序，以實現SRM的持續運行。光電脈沖發生器發出的光電脈沖信號被轉子的旋轉而影響，形成聯通與截斷兩種效果，即高低電平交替出現，形成電脈沖信號，根據電脈沖信號的高低電平就可以確定轉子的實時位置，從而可以有效確定換相順序，實現SRM電機的連續運行。

2 直接轉矩控制方式

直接轉矩控制方式（DTC）采用雙閉環結構設計，內環為磁鏈環，外環為轉矩環。磁鏈主要是指合磁鏈，即定子繞組通電產生的磁場與轉子永磁體產生的磁場之間的相互作用而形成的合磁場。磁鏈可根據定子繞組通電電流值而計算得出[6]；轉矩是轉速的另一種體現形式，在實際運行中，轉矩無法直接計算，而是通過查找“T-I-φ”關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系獨立的表示出來，只有這樣才能夠估算的更加精確。然而，本設計通過Matlab搭建仿真模塊，可以直接得出轉矩值，因此，無需查表估算。

3 結語

本SRM調速系統的測試結果表明，光電編碼器位置傳感器檢測精確，轉子換相準確，且轉矩脈動小、轉速響應快、啟動迅速且能適應頻繁啟動；DSP28335主控制器的快速調節性能，保證了系統的高速運行；光電編碼器位置檢測方式，提高了轉子位置檢測精度。本SRM調速系統的環境適應能力強、控制穩定，適合在頻繁啟動場合應用與推廣。

【參考文獻】

[1]賈濤，王忠慶.基于神經網絡PID控制器的礦井輸送機控制系統[J].煤礦機械，2012，33（4）：163-165.

[2]江建國，姜建軍，等.開關磁阻電機調速系統的應用[J].中國設備工程，2010（4）.

[3]吳建.基于BP神經網絡在線辨識的開關磁阻電機神經網絡自適應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的開關磁阻電機閉環調速系統的研究[J].儀器儀表用戶，2008，15（6）：5-6.

[5]孫琛.開關磁阻電機調速系統的軟硬件設計[J].中國新技術新產品，2010（18）.

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

[責任編輯：田吉捷]