【正文】 仿真和實驗結(jié)果基本一致，證明了該系統(tǒng)的可行性，系統(tǒng)不僅可取得良好的速度控制特性，同時具有良好的位置控制能力，將使開關磁阻電動機向高效率、高精度方向發(fā)展。本設計的速度檢測采用TMS320F2407的捕獲單元(CAP)來實現(xiàn)。當系統(tǒng)處于故障運行狀態(tài)時，故障信號，經(jīng)光電隔離作用后，在DSP的PDPINT引腳產(chǎn)生低電平，DSP發(fā)生[NTZ中斷。軟件編寫采用模塊化編程方法：子程序之間盡可能較少關聯(lián)，參數(shù)傳遞通過變量和標志進行。首先，根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定性及質(zhì)量指標，由計算機根據(jù)實驗模型擬選定參考值，其次，根據(jù)反復實驗調(diào)整確定。 基于DSP的SRM控制軟件的設計本文以TMS320F240為核心構(gòu)成的SRD系統(tǒng)采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)有兩個反饋環(huán)，即速度外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)。下面討論系統(tǒng)設計過程中所采用的一些抗干擾措施及其在提高系統(tǒng)可靠性方面所起的作用。顯示部分采用的是本系統(tǒng)的顯示驅(qū)動器為MAXIM公司生產(chǎn)的7段共陰極LEO數(shù)碼管的驅(qū)動芯片MAX7219同時利用TMS320的串行外設接口SPI外接MAx7219來完成數(shù)碼管的動態(tài)顯示。當下一個T1中斷到來時，再一次重復上述過程，如果實際電流值小于給定電流值時，則重新開放PWM輸出，從而使相電流得到控制。因此，通過及時改變比較寄存器中的值可以改變PWM輸出占空比。遮光盤與電機同步旋轉(zhuǎn)，通過遮光盤的遮光、透光，使光敏元件產(chǎn)生導通與關斷信號。位置閉環(huán)正是SRD區(qū)別于步進電機傳動系統(tǒng)的重要標志之一。 結(jié)論本文基于開關磁阻電動機的線性模型，提出了轉(zhuǎn)矩矢量的概念及其控制側(cè)策略。在感性負載的情況下，電動機中電流的變化并不時瞬時完成的。在常規(guī)的開關磁阻電動機的運動中，步進角只有一種，即整步運行，而步進角是由電機本身的結(jié)構(gòu)決定的。轉(zhuǎn)矩星型圖中轉(zhuǎn)矩失量間的相位關系只取決于定子磁極中心線間的距離。對于8/6四相開關磁阻電動機而言，A、B、C、D四相繞組產(chǎn)生的穩(wěn)定零位在空間依次相差一個轉(zhuǎn)子步進角，用機械角表示為巧“，電角度為90186。而β=180186。本文基于開關磁阻電動機的線性模型，推導出其矩角特性，根據(jù)轉(zhuǎn)矩星型圖對換相時的相繞組電流進行控制，用換相區(qū)代替換相點使各相電流為階梯波，從而在空間得到多個派生轉(zhuǎn)矩矢量，使電機的步進角減小，增加了轉(zhuǎn)矩的平滑勝，從而減小了轉(zhuǎn)矩脈動。m上升到3Nm。本系統(tǒng)仿真時主要是通過查表的方法來實現(xiàn)電壓空間向量的選擇，判斷條件包括磁鏈調(diào)節(jié)器的輸出ψq、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器輸出TQ以及磁鏈所在區(qū)域N。這些向量都交于N=1……6的六個區(qū)域的交點，每個區(qū)域為π/3弧度寬，每個可能的狀態(tài)都是為了使定子磁鏈和電機轉(zhuǎn)矩處于控制帶中[18]。但是就像異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制中轉(zhuǎn)子磁鏈可以假設為一個連續(xù)量，一個相對于定子磁鏈變化的一階延遲。 正的值可以定義為“磁鏈加速”，負值定義為“磁鏈減速”。本文首先分析了SR電機的轉(zhuǎn)矩特性，提出了一種新型磁鏈、轉(zhuǎn)矩控制方法。顯然，SR電機輸出轉(zhuǎn)矩脈動限制了其在伺服傳動等要求低速運行場合下的應用。電流斬波控制方式中，由于電流峰值被限，當電機轉(zhuǎn)速在負載擾動的作用卜發(fā)生突變時，電流峰值無法自動適應，系統(tǒng)在負載擾動卜的動態(tài)響應十分緩慢。 各控制方式的特點（1）適用于低速和制動運行電機低速運行時，繞組中旋轉(zhuǎn)電動勢小，電流增長快。在θoff之后一段時間內(nèi)，對繞組施加反向電壓，使電流續(xù)流快速下降，直至消失?？刂品绞降难芯渴荢RD系統(tǒng)研究的關鍵問題。，即使考慮到電流增大后鐵芯飽和的影響，轉(zhuǎn)矩不再與電流平方成正比，但仍隨電流的增大而增大，因此可以通過增大電流有效地增大轉(zhuǎn)矩，并且可以通過控制繞組電流得到恒轉(zhuǎn)矩輸出的特性。 開關磁阻電機工作的基本分析 The relationship between L and rotor angle由于開關磁阻電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是磁阻性質(zhì)的，又是雙凸極結(jié)構(gòu)，其磁路是非線性的，加上運行時的開關性和可控性，使電動機內(nèi)部的電磁關系十分復雜。為了簡化分析，忽略了鐵芯損耗部分，并設開關磁阻電機的相數(shù)為m，各相結(jié)構(gòu)和參數(shù)稱。，調(diào)整性能好控制開關磁阻電動機的主要運行參數(shù)和方法至少有四種：控制開通角、控制關斷角、控制相電流幅值、控制相繞組電壓。因為電動機轉(zhuǎn)矩方向與繞組電流方向無關，即只需單方向繞組電流，故功率電路可以做到每相一個功率開關，電路結(jié)構(gòu)簡單。此時，控制器根據(jù)位置傳感器提供的位置信息，命令斷開A相開關S和S并合上響應的B相開關，使A相繞組斷開的同時B相繞組通電。重合時的磁導，轉(zhuǎn)子受到氣隙中彎曲磁感應線的切向磁拉力所產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的作用，使轉(zhuǎn)子逆時針方向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子齒極1的軸線1139。S1和S2是電子開關，VD1和VD2是續(xù)流二極管，U是直流電源。若在轉(zhuǎn)子極轉(zhuǎn)離定子極時通電，所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反，為制動轉(zhuǎn)矩。，達到優(yōu)化控制的目的。因此常規(guī)控制方法部可能控制相電流按理想分布變化，只有引入自適應、自學習控制技術(shù)及智能控制技術(shù)，才能使系統(tǒng)根據(jù)運行條件的改變，自動的調(diào)整調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)、參數(shù)，以保證系統(tǒng)連續(xù)處于輸出轉(zhuǎn)矩脈動最小化狀態(tài)[5]。近年來，為改善系統(tǒng)的性能，國內(nèi)外發(fā)表了一些基于現(xiàn)代控制理論和智能控制技術(shù)建立SR。眾所周知，SRD融SRM、功率變換器、控制器與位置檢測器為一體，其性能的改善不僅依靠優(yōu)化SRM與功率變換器設計，而且必須借助于先進控制策略的手段?，F(xiàn)如今功率電子技術(shù)，數(shù)字信號處理技術(shù)和控制技術(shù)的快速發(fā)展，而且隨著智能技術(shù)的不斷成熟及高速高效低價格的數(shù)字信號處理芯片（DSP）的出現(xiàn)，利用高性能DSP開發(fā)各種復雜算法的間接位置檢測技術(shù)，無需附加外部硬件電路，大大提高了開關磁阻電機檢測的可靠性和適用性，必將更大限度地顯示SRD的優(yōu)越性，現(xiàn)有研究都是基于SRD機電系統(tǒng)簡化為線性系統(tǒng)以實驗研究方法為主進行的，一方面缺少理論分析，另一方面對SR電機振動的非線性特性缺乏研究。對于低壓、小功率的應用場合，開關磁阻電動機遠優(yōu)于普通的異步電動機和直流電動機。典型的運動控制系統(tǒng)有運輸機械、數(shù)控機床、機器人等，這些系統(tǒng)是力學、機械、材料、電工、電子、計算機、信息和自動化等科學和技術(shù)領域的總和。另外由于磁通的復雜分布使得電機的控制很復雜。它具有開關性和磁阻性兩個基本特征。從結(jié)構(gòu)上看開關磁阻電機定轉(zhuǎn)子均采用雙凸極結(jié)構(gòu)，定子上有集中繞組，轉(zhuǎn)子無繞組，也無永磁體。電機不同相間的非線性禍合及電機參數(shù)的改變更增加了控制的復雜程度。 運動控制系統(tǒng)中，精確的位置、速度、加速度乃至力矩的控制土要通過電動機、驅(qū)動器、反饋裝置、運動控制器、主控制器(如計算機和可編程控制器)來實現(xiàn)。例如使用開關磁阻電動機驅(qū)動風扇、泵類、壓縮機等，可以在寬廣的速度范圍內(nèi)實現(xiàn)高效率的運行且節(jié)能明顯，可以在短期內(nèi)收回成本，經(jīng)濟型小功率開關磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)有廣闊的市場，尤其是在家用電器方面的應用。只有立足于非線性振動理論，在全面分析SR電機非線性電磁場和非線性徑向力的基礎上，才能對開關磁阻電機定子電磁振動的非線性特性進行系統(tǒng)的理論分析，計算和實驗研究。從20世紀80年代以來，在SRD控制方面已出現(xiàn)了大量先進的控制思想，并取得了有益的成果。動態(tài)模型和系統(tǒng)設計的文獻。綜上所述，SRD發(fā)展到現(xiàn)在，在控制策略方面雖然已取得了許多非常有用的成果，但是仍然很不完善，仍存在許多問題待解決，而且尚未形成完善的SR控制理論。功率變換器的作用是將電源提供的能量經(jīng)適當轉(zhuǎn)換后提供給SRM，由蓄電池或交流電整流后得到的直流電供電。 Principle of Four Phase SR motorSR電機調(diào)速系統(tǒng)整體工作過程如下：控制器接收啟動命令信號，在檢測系統(tǒng)狀態(tài)一切正常的情況根據(jù)位置傳感器提供的各相定子齒極和轉(zhuǎn)子齒極相對位置的信息，按照起動邏輯給出相應的輸出信例如，39。向定子齒極AA39。顯然，改變相電流的方向并不影響轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向。另外，系統(tǒng)中每個功率開關器件均直接與電動機繞組相串聯(lián)，避免了直通短路現(xiàn)象。SRD系統(tǒng)也存在著一些不足，因為功率變換器輸出的是不規(guī)則電流脈沖，一般導致振動噪聲較人、低速轉(zhuǎn)矩脈動較大，并且相數(shù)越多，主接線數(shù)越多；需要根據(jù)定、轉(zhuǎn)子的相對位置投勵，不能像異步電動機那樣可以直接接入電網(wǎng)作穩(wěn)速運行，而必須與控制器一同使用等[10]。設P=1，…，m相的電壓、磁鏈、電阻和電流及轉(zhuǎn)矩分別為Up、ψp、Rp、Ip、Tp、轉(zhuǎn)子位置角為θ，轉(zhuǎn)速為ω[11]。為弄清電機內(nèi)部的基本電磁關系，有必要從簡化的線性模型，也就是理想線性模型開始進行分析研究，圖中橫坐標為轉(zhuǎn)子位置角，它的基準點即坐標原點θ=0的位置，對應于定子凸極中心與轉(zhuǎn)子凹槽中心重合的位置，這時相電感為最小值以Lmin。，只要在電感曲線的上升段通入繞組電流就會產(chǎn)生正向電磁轉(zhuǎn)矩，而在電感曲線的下降段通入繞組電流則會產(chǎn)生反向的電磁轉(zhuǎn)矩。在低速時，相電流周期長、磁鏈及電流峰值大，必須采取限流措施。在實際控制過程中，一般采用經(jīng)過精細調(diào)整的低時間常數(shù)的鎖相倍頻器對轉(zhuǎn)子位置基本信號實現(xiàn)高倍倍頻，從而獲得分辨率較高的角度細分控制。在制動運行時，旋轉(zhuǎn)電動勢的方向與繞組端電壓方向相同，電流比低速運行時增長更快。（1）轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)范圍大若定義電流存在區(qū)間t占電流周期T的比例t/T為電流占空比，則角度控制下電流占空比的變化范圍兒乎從0一100%。而電機的轉(zhuǎn)矩又是機電聯(lián)系的樞紐，因而轉(zhuǎn)矩脈動的研究成為目前SRM研究領域的熱點。通過磁鏈幅值以及磁鏈矢量速度的控制達到控制電機轉(zhuǎn)矩的目的。這是因為，如果磁場要隨轉(zhuǎn)子位置變化增加，定子磁鏈必須超前于轉(zhuǎn)子位置；相反，如果磁場隨轉(zhuǎn)子位置變化減小，定子磁鏈要滯后于轉(zhuǎn)子位置。同樣，在開關磁阻電機的控制方法中，定子電流相對定子磁鏈變化有一個一階延遲，這樣在對轉(zhuǎn)矩控制時就可以僅僅控制磁鏈加速或減速而不考慮電流的變化。 The definition of the voltage vector ofThree Phase SR motor SR電機一相繞組結(jié)構(gòu)圖 Winding structure of one Phase of SRM SR電動機直接轉(zhuǎn)矩控制電壓矢量定義 Voltage vector defination of DTCMethod of SRM，假如定子磁鏈在第K個區(qū)域，則可以通過使用矢量Vk+1和Vk1來增大磁鏈而通過矢量Vk+2和Vk2來減小磁鏈。區(qū)間N、。，可以看出定子磁鏈幅值基本不變，軌跡比較接近于圓形。m僅用了2ms。結(jié)構(gòu)上與步進電動機相似的SR電動機其運行原理也遵循“磁阻最小原理”，也就是說電機的轉(zhuǎn)矩是由磁路選擇最小磁阻結(jié)構(gòu)的趨勢而產(chǎn)生的。時盡管電磁轉(zhuǎn)矩也為零，但是此時電磁轉(zhuǎn)矩的作用是迫使轉(zhuǎn)子離開這個平衡位置，故β=180186。如果依次給四相通入幅值相等的直流電，則轉(zhuǎn)矩矢量TA、TB、TC和TD。稱TA、TB、TC和TD基本轉(zhuǎn)矩矢量，它們的相位取決于定子磁極中心線的空間位置，與各相繞阻的電流大小無關。由上一節(jié)的微步細分控制原理可知，若要求電機有更小的步進角，可以在每次換相時，關斷相電流并不是立即關斷到零，而是按階梯下降；導通相也并不是立即導通，而是按階梯逐漸導通，反映到轉(zhuǎn)矩上就是在換相期間導通相轉(zhuǎn)矩線性減少，下一相轉(zhuǎn)矩線性增加，但總的合成轉(zhuǎn)矩恒定不變。圖中虛框部分代表了TMS32oF2407用于數(shù)字化開關磁阻電動機系統(tǒng)的系統(tǒng)組成。尤其在開關磁組電機高速運行時，繞組中電流只有很短的時間來跟蹤給定電流，微步控制的階梯形理想電流分布就很難實現(xiàn)。理論分析和仿真結(jié)果表明，這種控制策略不但控制簡單，而且能夠在低速下有效地抑制開關磁阻電動機的轉(zhuǎn)矩脈動。位置檢測的目的是確定定轉(zhuǎn)子的相對位置，即要用位置傳感器檢測轉(zhuǎn)子的相對位置，然后位置反饋信號至DSP確定對應相繞組的通斷。對于四相8/6極SR電動機，在定子上安裝兩個相距15176。 Connection approach of current sensor為實現(xiàn)電流斬波控制和過電