基于两步换相控制策略的SR电机直接数字控制系统设计

　　1　引言

　　开关型磁阻(SR)电机调速系统(SRD)结构简单、坚固、成本低，调速性能优良，在宽广的调速范围内均具有较高的效率，应用前景十分广阔。但由于SR 电机的双凸极结构和采用开关性的供电电源，振动、噪声是其突出的问题，这已成为SRD在更多范围内推广应用发挥其特长的主要障碍。过去人们对SRD的研究主要集中在SR电机本体设计、功率变换器及速度控制策略研究上，因为研究难度大，目前，只有少量文献论及SR电机振动、噪声研究[1～5]。

　　文[1]基于时域分析，得出结论：SR电机相绕组关断所激发的冲击振动是最主要的振动、噪声来源。为削弱这一振动，文[1]提出将相电流关断过程分成两步的“两步换相法”(参见图1)：第一步仅关断K1，相电压Up由+Us负跃变至0 V;第二步再关断K2，这时Up由0 V负跃变到-Us。控制第二步与第一步时间间隔为定子固有频率对应周期的一半，这样，第二步与第一步产生的冲击振动相位差为180°，因而相互抵消。 WUC.Y.等率先将“两步换相法”引入SRD系统设计，在CCC方式和APC方式两种工况下取得良好抑制振动、噪声效果[1]，但其采用不对称半桥主电路，四相(8/6)SR电机需要8只主开关器件和8只续流二极管，未能充分体现单极性的SR电机功率变换器结构简单、开关器件少的优势，影响了系统的经济性。

　　本文采用一种新型的只有6只主开关器件的四相率变换器[6]，在以8098单片机为控制核心的SRD设计中，引入两步换相控制策略，在电压PWM和APC两种工况下，显著地抑制了SR电机的振动和噪声。

　　2　系统描述

　　为实现多数传动装置需要的转矩/转速特性：从静止到基速具有恒转矩，在基速以上具有恒功率特性，系统采取的控制策略为基速ωb以下，电压PWM控制，输出恒转矩特性;基速ωb以上，角度位置控制(APC)，输出恒功率特性。为简化控制规律，采取将关断角θoff固定在一个由实验得到的最优角度22°处，仅调节起始开通角θon。

　　8098单片机定时采样由转子位置传感器获得的反馈速度，与由键盘敲入的给定速度比较，误差经数字PI 调节，再经软件处理，根据反馈速度的大小是否在基速以上转换成PWM脉冲或控制角度的APC单脉冲的控制参数。微机控制器根据转子位置控制对应相绕组的导通或关断，输出对应的PWM脉冲或APC单脉冲，经功率变换器，实现对SR电机的控制。为简化硬件电路，PWM控制、APC脉冲控制、速度检测、PI调节器均由软件实现;为提高过流保护动作的快速性，采用硬件过流保护电路。

　　样机为0.75 k W四相(8/6)SR电机，功率变换器以GTR作为主开关器件，采用图2所示的功率主电路。