张芝敏　邱洁　熊涛　赵得荣

【摘 要】开关磁阻电机调速系统是继变频调速系统和无换向器电机调速系统之后发展起来的一种新型调速系统。本文以高性能电机控制芯片DSPF28335为主控制器，配合H桥驱动电路、光电编码器位置检测方式等外围电路，实现了基于直接转矩控制的SRD调速系统。测试结果稳定可靠，可实现正、停、反转运行和无极调速。

【关键词】开关磁阻电机；DSPF28335；直接转矩控制；H桥驱动

0 引言

开关磁阻电机（SRD）是近年来发展起来的一种新型电机。其结构简单，定子上只有简单的集中绕组，转子上没有绕组[1]，没有换向器，可以做到免维护运行，因此，开关磁阻电机调速系统在各行各业都具有广阔的应用。

SRM调速系统的优点主要体现在以下几个方面：

1）电机结构简单、成本低廉、可用于高速需求，各相之间工作相互独立，系统具有较高的可靠性[2]；

2）简单可靠的功率电路。由于开关磁阻电机调速系统的功率电路中每相所需要的功率器件较少，并且各相通电顺序决定了转矩的方向，绕组中电流只要单方向即可，因此其功率电路结构比较简单；

3）起动转矩较高，而起动电流较小，在开关磁阻电机调速系统中，只需较小的起动电流，就可以得到较大的起动转矩；

4）较多的可控参数，且良好的调速特性[3]，电机运行效率高，损耗较小。

1 SRM硬件电路设计

SRM调速系统的核心部件由控制模块和检测模块两部分构成。控制模块是整个系统的驱动动力，主要依靠核心控制器，所选用的控制器必须是高数据处理能力和高集成度的电机专用芯片。经对比，本设计选用DSP28335主控制芯片，选用电机为四相8/6式SRD，功率变换器为H桥驱动电路。

1.1 DSP28335主控制器

DSP28335具有150MHz的高速處理能力，具备32位浮 点处理单元，6个DMA通道支持ADC、McBSP和 EMIF，有多达18路的PWM输出和12位16通道ADC，且用户可快速编写控制算法。

1.2 功率驱动电路设计

功率驱动电路负责向开关磁阻电机提供运行所需要的能量，本文的SRD系统的控制对象为四相8/6极开关磁阻电机，相数为偶数，因此，我们选择H桥功率驱动电路作为SRD系统的拓扑结构，MOSFET作为主开关器件。

1.3 转子位置检测电路设计

本系统采用的是欧姆龙公司的光电编码器E6B2-CWZ6C。DC 5V供电，输出信号包括两路正交脉冲信号A、B和一路位置信号Z[4]，含有短路保护回路设计，具有高测量精度和稳定性。

该光电式位置传感器组成结构包括：光电脉冲发生器（固定部分）和转盘（转动部分与转子固定部分）组成[5]。位置检测的方法是：通过光电式位置传感器的信号检测结果，来确定转子的相对位置，进而控制换相顺序，以实现SRM的持续运行。光电脉冲发生器发出的光电脉冲信号被转子的旋转而影响，形成联通与截断两种效果，即高低电平交替出现，形成电脉冲信号，根据电脉冲信号的高低电平就可以确定转子的实时位置，从而可以有效确定换相顺序，实现SRM电机的连续运行。

2 直接转矩控制方式

直接转矩控制方式（DTC）采用双闭环结构设计，内环为磁链环，外环为转矩环。磁链主要是指合磁链，即定子绕组通电产生的磁场与转子永磁体产生的磁场之间的相互作用而形成的合磁场。磁链可根据定子绕组通电电流值而计算得出[6]；转矩是转速的另一种体现形式，在实际运行中，转矩无法直接计算，而是通过查找“T-I-φ”关系表格而估算出来的，由于定子绕组含有三相，通电电流也有三相，形成的磁链也就包含三种磁链值，因此，在磁链的估算过程中，需要将每一相的磁链值通过空间坐标系独立的表示出来，只有这样才能够估算的更加精确。然而，本设计通过Matlab搭建仿真模块，可以直接得出转矩值，因此，无需查表估算。

3 结语

本SRM调速系统的测试结果表明，光电编码器位置传感器检测精确，转子换相准确，且转矩脉动小、转速响应快、启动迅速且能适应频繁启动；DSP28335主控制器的快速调节性能，保证了系统的高速运行；光电编码器位置检测方式，提高了转子位置检测精度。本SRM调速系统的环境适应能力强、控制稳定，适合在频繁启动场合应用与推广。

【参考文献】

[1]贾涛，王忠庆.基于神经网络PID控制器的矿井输送机控制系统[J].煤矿机械，2012，33（4）：163-165.

[2]江建国，姜建军，等.开关磁阻电机调速系统的应用[J].中国设备工程，2010（4）.

[3]吴建.基于BP神经网络在线辨识的开关磁阻电机神经网络自适应PID控制[J].电气自动化，2009，31（2）：34-42.

[4]李文江，于立峰，等.基于DSP的开关磁阻电机闭环调速系统的研究[J].仪器仪表用户，2008，15（6）：5-6.

[5]孙琛.开关磁阻电机调速系统的软硬件设计[J].中国新技术新产品，2010（18）.

[6]刘春元，张静，王宗刚.SR电机单神经元PID直接转矩控制系统[J].自动化与仪器仪表，2011（4）：36-40.

[责任编辑：田吉捷]