開關磁阻電動機控制技術分析

孫海波

（山東科匯電力自動化股份有限公司，山東淄博，255000）

0 引言

開關磁阻電動機，有其強大驅動系統，該結構能發揮出較為優異的控制應用性能，而在驅動系統中，各項設備模塊共同組成驅動體系，幫助電動機能在較高控制效果下，完成各類操作。SRD驅動系統屬全新調速型系統，相比于直流驅動、交流驅動，調速驅動能具備穩定性強、操作失誤率低等優勢，且具備較大發展空間，所以對其控制技術加以研究，有其必要性。

1 開關磁阻電動機其應用特征

當作為調速驅動而進行使用時，電動機應具備一定特征，確保驅動系統能保持相對穩定狀態，維持較高應用效率。第一，電動機其結構簡單且堅固。電動機中轉子是依靠硅鋼片進行疊壓形成，而定子線圈需要采用集中繞組方式，由此整個電動機結構憑借簡單工藝，可更好作用于不良環境，如高溫、強振動等。第二，電動機能夠作用的調速范圍較廣，并且操作靈活，便于電動機完成各類特殊需求下的機械使用途徑，并且在寬廣轉速下，電動機可取得更高運行效率，所以電動機可完成多數控制需求工作。第三，電動機損耗主要源自定子，轉子因為并不具備永磁體，所以可在溫升情況下依舊保持良好效率進行運作，而電動機整體降溫冷卻效率較高，因此電動機能在較大彈性環境下完成相關應用。不同的應用特征都將影響電動機實際運作效率，但電動機整體硬件性能優異，可以在不良環境中完成調速結果，由此可在艦船等作業環境下，有極大應用優勢。

2 SRD微機控制的硬件設計

■2.1 結構設計

電動機及其相關設備，是開關磁阻的重要部分，其結構簡單，對比異步電動機，設計因素更簡潔，由此在功率變換器上也具備簡單電路結構，所以其設計、制造成本很低，能擁有較大應用性價比。但電動機實現控制，主要還要參考相關運行條件，所以當不同種類轉子其位置發生改變時，繞組開關器件還易發生通斷行為，為保持電動機性能穩定，需要對其結構加以完善設計。電動機不僅需要操作靈活，更要保持運行控制中的簡單性，所以現階段較為復雜的控制行為，將不利于操作順利、便捷完成，應在結構設計上將硬件設備融合相關軟件微機控制，確保整個機械系統能保持較高控制成效。

為充分簡化電路，需要不斷挖掘電動機其控制優勢，以便在設計上及時發掘出相應控制技巧，從而可確定其顯示的信息功能，在將裝置做以智能應用期間，可采取微機控制模式，將調速驅動系統確保運作。所以微機控制系統在應用設計時，需要具備各類特征優勢。比如無論低俗高速運轉，都應保持恒定特性；起動、制動等模式下良好轉換；調節速度較為方便、即時；當前速度有所顯示等。為達成上述需求，需要完整設計微機控制系統，以便更好促進電力推進系統能完成硬件組成中的結構設計工作[1]。

■2.2 硬件設計

在驅動系統中，存在兩個反饋機制，分別為速度反饋及電流反饋，兩種反饋機制能展示出現階段驅動系統的運轉效率，更好提升電動機控制成效。其中速度反饋主要從位置傳感器中取得相關信號，并由此判斷轉子位置，可良好掌控轉子工作效率。簡化整個硬件電路結構，可以借助DSP微處理器做以控制方案的制定，并由軟件加以實現，該軟件需要將各類功能加以實現，以便完善驅動系統的硬件功能呈現。

比如需要將轉子位置做以準確跟蹤，并要把位置信號及時輸出，通過功率變換器來把相關的開關器件做以控制口令的執行，確保將繞組勵磁；從轉子位置視角觀之，位置信息應做以算法討論，由此可將轉子速度數值準確得出，此時利用速度偏差分析辦法，確認閉環操作落實時間，由此得到較高效控制效果。微機控制下，驅動系統無論采用何種控制狀態，都應將軟件、硬件加以結合使用，共同作用于控制操作。為提升微機控制成效，還要在硬件系統中完成CPU、傳感器等設備的物質基礎建設，更為重要的是將控制思想加以確定，本文試析Bang-bang方式，進行對整個驅動系統的控制，該方式可對不同參數做以較快響應，從而提升控制行為其精準性。整體硬件結構的設計方案如圖1所示。

圖1 整體硬件結構

3 SRD系統程序框圖的設計

該系統是將中斷服務等程序進行綜合應用的一類系統，來完成系統程序的完整性搭建，對整個設計項目起到框架作用。其中主程序能夠結合起完整的系統初始模板，進行運轉，期間聯合各子程序，負責支持完整框架運行作用。另外主程序還可對轉子設備進行跟蹤，確保其位置信息能夠按照正確相序來做以輸出，保證功率變換器能得到穩定、真實的位置數據。當CPU發出中斷信號后，響應操作由此結束，控制程序循環失效。而專用的子程序是在既定參數下能夠完成較高應用特性的程序類型，通過已給定參數，專用子程序可將其轉變為參考電流形式，由此在參數轉換間完成相關控制，比如APC控制或CCC控制等[2]?？驁D設計期間，參數需要做以不斷刷新，以此來提高控制行為的時效性，其中應刷新參數包括電動機轉速及相電流等。

4 SRD艦船電力推進設計

■4.1 系統組成

系統使用到的機械結構為四相8/6，并使用11KW功率下的開關磁阻電動機、非回饋式能量電流斬波電路形式的功率變換器，并將IGBT作為主開關設備。當基級的驅動信號傳來時，需要借助DSP接口數據傳輸線進行承接，并在DSP設備下的軟件中進行32位浮點計算，以此來將數據信號進行切實獲取，保證系統穩定。電動機設備借由傳動桿裝置來帶動船槳，進而產生推力，促使船體前進。整個設計系統中，其硬件結構具備較高可靠性，其制造成本較低，是能完整落實的系統設計方案；其軟件結構也較簡單，主要通過各類程序組合完成，能幫助硬件系統完成高效運作。主程序將系統初始化，子程序在協調運作中保證系統運行效率，此時下達信號，令功率變換器能夠產生正確行為，從而將開關進行開/閉模式切換。該設備下的軟件結構中，能夠借助系統支持，對參數等數值進行算法操作，并由此得出電流等運行狀態的參考數值，更好完成相關控制行為。圖2為控制系統框圖。

圖2 控制系統框圖

■4.2 系統運行

首先，啟動系統，電動機設備借助轉向操作實現指令信號的轉變。在循環周期內，系統程序能檢測到轉向操作的具體方向，因此當進行方向轉變時，需要重新設計方向轉向標記。此時進行的各項操作，如減速、加速等，應在轉向標記進行時，而自動落實轉向操作。

其次，系統運行期間，位置檢測系統可對轉子位置敏感，確定位置后，轉換計算方式，得到速度數值，并得出結論，其控制行為應在規定模式下完成。比如，實際轉速小于給定轉速，DSP對功率變換器采取CCC控制方式；大于額定轉速，采取APC控制方式[3]。因此結合此類系統控制辦法，能夠將變結構控制達到較高應用成效，將其投入電動機運行控制操作下，可改善應用方式，并在實際作用下，起較優勢作用，幫助電動機完成運行各類控制行為的落實。

分析不同應用狀態下的電動機控制辦法。第一，正車運行。首先應將正車速度設置為一定數值，其次按下A鍵鈕，當數值信息經DSP轉化為二進制顯示后，可再按D鍵，由此將DSP控制指令加以轉變，通過接口控制開關，進行正確操作，此時開關斬波的調節功率將展示輸出電壓，由此將速度變化傳遞到電動機控制系統中。第二，倒車運行。同樣將速度數值給定后，此時按D鍵，并將次數設置為偶數次，其控制方案原理與正車運行同理，只不過需要將變換器次序稍加調整。第三，停車運行。在其電動機處于原始狀態運行時，此時進行的停車操作可按下C鍵鈕，該時刻下的設備由DSP做以控制，其功率變換器可將轉子的運行速度調節為0，此時換相次序做以反轉操作，此時換相控制操作、電機等也停止運作。當用戶需要顯示當下速度數值時，應按B鍵。由Bang-bang控制下的驅動系統，能將各參數控制操作變得更為精準，比如在CCC控制時，需要將速度數值控制下的定轉速度減小，并采用周期控制方式調整位置、角度，由此便可在周期意識下來控制換相操作，良好過渡換相。

5 結論

綜上，為將開關磁阻驅動系統做以性能改善，應借助先進控制策略，比如對其做以非線性時變考慮，便需要將系統控制變得復雜，不利于現實操作可行性落實，因此將開關磁阻的電動機設備加以控制策略實踐，是基于成本、操作等因素下的最好選擇結果。選擇使用Bang-bang控制辦法，能減輕設計者負擔，并借助DSP微處理器，在較少運算基礎上，可大幅提升系統控制其響應效率，保障控制精度。開關磁阻電動機能在較簡單結構、調速效果高等應用優勢中，為自動化產業提供較高應用成效，便于智能化操作，因此未來將會迎來更廣闊市場。