浅析开关磁阻电动机控制系统

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【摘 要】本文以51系列的单片机为例子，来对开关磁阻电动机控制系统进行了相应的研究与讨论，并在此基础之上对其内部各路电阻组成来进行分析，同时对系统控制软件以及硬件的设计方法进行阐述。

【关键词】开关磁阻；电路；电动机控制系统

所谓开关磁阻电动机系统又被称作SRD，是近些年以来，在传统调速系统的基础之上研发的一种全新的调速系统，实现了机机电一体化。其主要构成分为两个部分，一个就是开关磁阻电动机，另一部分就是电子控制器。在使用过程中，它以相应的电子控制器来作为其运行核心，并以SR电机来作为它自身的受控对象，因此它具背了宽范围、灵活控制、启动力矩较大以及调速高校等优点，在现阶段的电工界中已经越来越多的普及应用开来。

1.系统硬件以及组成设计

当前所使用的开关磁阻电动机其内部系统，主要分为三个部分，即SR电机以及电源变换器还有控制器等。其中控制器是整个系统的指挥中枢以及相应的决策构件，它能够在运行过程中，对SR电机的实际转子位置以及速度还有相应的电流反馈信息，在结合实际情况之下，发出一些系列准确无误的控制指令，从而让整个电机能够稳定、安全的运行下去。所以从某种程度上说，控制器设计的好坏，对于整个SRD系统性能的高低都有着决定性的影响。

典型SRD系统

为了能够在设计过程中，确保控制器拥有优良的使用性能，应首先对控制器相应的输入以及输出信号进行有效分析。输入信号主要包括位置信号以及电流信号还有开停信号与各种保护信号等等；输出信号则主要包括触发信号还有各种指示信号等等。

应该说，在对控制器进行信号输入过程中，首先应将位置信号确定为频率信号，而将电流信号全部模拟成相应的饿电压信号，再经过A/D专业转换之后再进行输入；对于开停信号还有各种保护信号等都需要在对进行相应的电路处理之后，让它逐渐转变成为开关信号，然后经I/O口输入。需要注意的是，在信号输出过程中，相触发信号又被称作开关信号，而其余各种指示信号又被称作开关信号，所以在实际的运作过程中，我们可以使用单片机的I/O来进行信号输出。其图如下：

图2 控制器结构

8751单片机拥有4KEPROM以及128个字节的专用RAM，此外还包括2个定时计数器，还有4个8位设置的I/O口。在实际的设计过程中，要使用1个定时计数器来对A、C开关进行控制，而剩下的定时计数器则在B、D位置处进行开关控制。然后在经过P1—P3之后，对四个点的相主开关通断进行有效控制。此外需要注意的一点是，再对四组绕组开关进行有效控制之外，还应对其位置的过压以及过流还有斩波等进行有效控制。

位置传感器中的信号输入电路能够将电动机位置上的传感器所发出的信号波形，经过相应的整形转换在输进专用的8751单片机之后进行有效实现：（1）利用传感器波形来对电动机转子位置进行有效确定，从而对电动机通电相序进行有效控制；（2）利用传感器波形来对电动机运行过程中的实际转速进行有效确定，从而进行有效的PID运算。

这里所讲的位置传感器，其内部是由中间经过开槽之后的光电管还有6个安装在SR电机转子轴上的齿槽遮光转盘组成的。在安装过程中，应将齿槽的角度调整到30°，而2个光电管也应控制15°左右。当SR电机同遮光转盘同时间旋转时，能够迅速的输出两个周期为60°，且时间间隔位置同为16°的位置信号，然后这个信号在经过专用CD40106整形以及CD4009转换之后，再输进相应的8751单片机之内。

SR电机在其进行低速运行过程中，往往选择使用斩波控制，也就是控制器在运行过程中，在其相应的绕组电流没有达到规定最大值之后进行主开关切断；而当绕组电流衰减到最小值之后，再重新将主开关开通，进而让绕组电流可以不断的上升。此外可以利用改变相绕组电流其相应的平均值来对SR内部的电机输出转柜进行有效控制。当绕组电流在传输过程中达到规定中的最大值以及最小值时，经过专用的8751单片机来对D/A转换电路进行有效设定，在对电流传感器所检测的相应电流信号同原先既定的设计值相对比之后，再使用RS锁存器进行及时锁存。而当SR电机绕组中通过的电流值超过规定允许值之后，就会在相应的过流保护电路中产生相应的保护信号，由于这种信号的传输过程中，会以外部中断的方式来及时的通知单片机，同时也会逻辑电路进行实时封锁，从而实现了对过流软硬件的有效保护。

平常所使用到的晶振电路，一般都是由8MHZ的石英晶体所组成。而专用的8751单片机，其运行设备的每个周期都是由相应的12个振荡周期所构成的。因而在进行实际操作的过程中，每个指令所产生的机器周期应该为T=12/f=1.5us。

经过A/D转换之后，再使用用户设置功能可以模拟出一个真实的转速给定值，并将其看做开关信号及时的输入到专用的8751单片机中。不过需要注意的是，在实际设计过程中，应注意外界干扰，以避免在设计以及以后的使用过程中出现误触况。

2.控制软件

为了能够尽快的实现和完成对SRD系统的闭环控制，需要对单片机相应的给定速度以及实际电机速度还有相应的电机相电信号等进行实时获取，由于这些信号大都是由一些专用的硬件系统进行直接提供的，所以我们在对控制软件进水设定时，必须包含以下一些模块：对给定速度进行测量、对实际速度进行测量以及对电流信号进行测量。另外在相关的软件中，还应含有对PID进行调节模块、构成程序的保护模块以及相触发信号的实际输出模块等等。

3.总结

文章主要对SRD系统控制进行相应的介绍和说明，并对其使用性能进行详细的描述与讨论，得出使用四象8/6极结构，以及自身额定功率为2.2KW，其相应调速范围控制在60-1500的r/min的SRD电机系统，可以在一定范围内确保较高转速效率的基础之上，保证整个系统良好运行。从而有效的证明了该控制方法以及设计方法是相对可行的。

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