开关磁阻电动机控制技术分析

孙海波

（山东科汇电力自动化股份有限公司，山东淄博，255000）

0 引言

开关磁阻电动机，有其强大驱动系统，该结构能发挥出较为优异的控制应用性能，而在驱动系统中，各项设备模块共同组成驱动体系，帮助电动机能在较高控制效果下，完成各类操作。SRD驱动系统属全新调速型系统，相比于直流驱动、交流驱动，调速驱动能具备稳定性强、操作失误率低等优势，且具备较大发展空间，所以对其控制技术加以研究，有其必要性。

1 开关磁阻电动机其应用特征

当作为调速驱动而进行使用时，电动机应具备一定特征，确保驱动系统能保持相对稳定状态，维持较高应用效率。第一，电动机其结构简单且坚固。电动机中转子是依靠硅钢片进行叠压形成，而定子线圈需要采用集中绕组方式，由此整个电动机结构凭借简单工艺，可更好作用于不良环境，如高温、强振动等。第二，电动机能够作用的调速范围较广，并且操作灵活，便于电动机完成各类特殊需求下的机械使用途径，并且在宽广转速下，电动机可取得更高运行效率，所以电动机可完成多数控制需求工作。第三，电动机损耗主要源自定子，转子因为并不具备永磁体，所以可在温升情况下依旧保持良好效率进行运作，而电动机整体降温冷却效率较高，因此电动机能在较大弹性环境下完成相关应用。不同的应用特征都将影响电动机实际运作效率，但电动机整体硬件性能优异，可以在不良环境中完成调速结果，由此可在舰船等作业环境下，有极大应用优势。

2 SRD微机控制的硬件设计

■2.1 结构设计

电动机及其相关设备，是开关磁阻的重要部分，其结构简单，对比异步电动机，设计因素更简洁，由此在功率变换器上也具备简单电路结构，所以其设计、制造成本很低，能拥有较大应用性价比。但电动机实现控制，主要还要参考相关运行条件，所以当不同种类转子其位置发生改变时，绕组开关器件还易发生通断行为，为保持电动机性能稳定，需要对其结构加以完善设计。电动机不仅需要操作灵活，更要保持运行控制中的简单性，所以现阶段较为复杂的控制行为，将不利于操作顺利、便捷完成，应在结构设计上将硬件设备融合相关软件微机控制，确保整个机械系统能保持较高控制成效。

为充分简化电路，需要不断挖掘电动机其控制优势，以便在设计上及时发掘出相应控制技巧，从而可确定其显示的信息功能，在将装置做以智能应用期间，可采取微机控制模式，将调速驱动系统确保运作。所以微机控制系统在应用设计时，需要具备各类特征优势。比如无论低俗高速运转，都应保持恒定特性；起动、制动等模式下良好转换；调节速度较为方便、即时；当前速度有所显示等。为达成上述需求，需要完整设计微机控制系统，以便更好促进电力推进系统能完成硬件组成中的结构设计工作[1]。

■2.2 硬件设计

在驱动系统中，存在两个反馈机制，分别为速度反馈及电流反馈，两种反馈机制能展示出现阶段驱动系统的运转效率，更好提升电动机控制成效。其中速度反馈主要从位置传感器中取得相关信号，并由此判断转子位置，可良好掌控转子工作效率。简化整个硬件电路结构，可以借助DSP微处理器做以控制方案的制定，并由软件加以实现，该软件需要将各类功能加以实现，以便完善驱动系统的硬件功能呈现。

比如需要将转子位置做以准确跟踪，并要把位置信号及时输出，通过功率变换器来把相关的开关器件做以控制口令的执行，确保将绕组励磁；从转子位置视角观之，位置信息应做以算法讨论，由此可将转子速度数值准确得出，此时利用速度偏差分析办法，确认闭环操作落实时间，由此得到较高效控制效果。微机控制下，驱动系统无论采用何种控制状态，都应将软件、硬件加以结合使用，共同作用于控制操作。为提升微机控制成效，还要在硬件系统中完成CPU、传感器等设备的物质基础建设，更为重要的是将控制思想加以确定，本文试析Bang-bang方式，进行对整个驱动系统的控制，该方式可对不同参数做以较快响应，从而提升控制行为其精准性。整体硬件结构的设计方案如图1所示。

图1 整体硬件结构

3 SRD系统程序框图的设计

该系统是将中断服务等程序进行综合应用的一类系统，来完成系统程序的完整性搭建，对整个设计项目起到框架作用。其中主程序能够结合起完整的系统初始模板，进行运转，期间联合各子程序，负责支持完整框架运行作用。另外主程序还可对转子设备进行跟踪，确保其位置信息能够按照正确相序来做以输出，保证功率变换器能得到稳定、真实的位置数据。当CPU发出中断信号后，响应操作由此结束，控制程序循环失效。而专用的子程序是在既定参数下能够完成较高应用特性的程序类型，通过已给定参数，专用子程序可将其转变为参考电流形式，由此在参数转换间完成相关控制，比如APC控制或CCC控制等[2]。框图设计期间，参数需要做以不断刷新，以此来提高控制行为的时效性，其中应刷新参数包括电动机转速及相电流等。

4 SRD舰船电力推进设计

■4.1 系统组成

系统使用到的机械结构为四相8/6，并使用11KW功率下的开关磁阻电动机、非回馈式能量电流斩波电路形式的功率变换器，并将IGBT作为主开关设备。当基级的驱动信号传来时，需要借助DSP接口数据传输线进行承接，并在DSP设备下的软件中进行32位浮点计算，以此来将数据信号进行切实获取，保证系统稳定。电动机设备借由传动杆装置来带动船桨，进而产生推力，促使船体前进。整个设计系统中，其硬件结构具备较高可靠性，其制造成本较低，是能完整落实的系统设计方案；其软件结构也较简单，主要通过各类程序组合完成，能帮助硬件系统完成高效运作。主程序将系统初始化，子程序在协调运作中保证系统运行效率，此时下达信号，令功率变换器能够产生正确行为，从而将开关进行开/闭模式切换。该设备下的软件结构中，能够借助系统支持，对参数等数值进行算法操作，并由此得出电流等运行状态的参考数值，更好完成相关控制行为。图2为控制系统框图。

图2 控制系统框图

■4.2 系统运行

首先，启动系统，电动机设备借助转向操作实现指令信号的转变。在循环周期内，系统程序能检测到转向操作的具体方向，因此当进行方向转变时，需要重新设计方向转向标记。此时进行的各项操作，如减速、加速等，应在转向标记进行时，而自动落实转向操作。

其次，系统运行期间，位置检测系统可对转子位置敏感，确定位置后，转换计算方式，得到速度数值，并得出结论，其控制行为应在规定模式下完成。比如，实际转速小于给定转速，DSP对功率变换器采取CCC控制方式；大于额定转速，采取APC控制方式[3]。因此结合此类系统控制办法，能够将变结构控制达到较高应用成效，将其投入电动机运行控制操作下，可改善应用方式，并在实际作用下，起较优势作用，帮助电动机完成运行各类控制行为的落实。

分析不同应用状态下的电动机控制办法。第一，正车运行。首先应将正车速度设置为一定数值，其次按下A键钮，当数值信息经DSP转化为二进制显示后，可再按D键，由此将DSP控制指令加以转变，通过接口控制开关，进行正确操作，此时开关斩波的调节功率将展示输出电压，由此将速度变化传递到电动机控制系统中。第二，倒车运行。同样将速度数值给定后，此时按D键，并将次数设置为偶数次，其控制方案原理与正车运行同理，只不过需要将变换器次序稍加调整。第三，停车运行。在其电动机处于原始状态运行时，此时进行的停车操作可按下C键钮，该时刻下的设备由DSP做以控制，其功率变换器可将转子的运行速度调节为0，此时换相次序做以反转操作，此时换相控制操作、电机等也停止运作。当用户需要显示当下速度数值时，应按B键。由Bang-bang控制下的驱动系统，能将各参数控制操作变得更为精准，比如在CCC控制时，需要将速度数值控制下的定转速度减小，并采用周期控制方式调整位置、角度，由此便可在周期意识下来控制换相操作，良好过渡换相。

5 结论

综上，为将开关磁阻驱动系统做以性能改善，应借助先进控制策略，比如对其做以非线性时变考虑，便需要将系统控制变得复杂，不利于现实操作可行性落实，因此将开关磁阻的电动机设备加以控制策略实践，是基于成本、操作等因素下的最好选择结果。选择使用Bang-bang控制办法，能减轻设计者负担，并借助DSP微处理器，在较少运算基础上，可大幅提升系统控制其响应效率，保障控制精度。开关磁阻电动机能在较简单结构、调速效果高等应用优势中，为自动化产业提供较高应用成效，便于智能化操作，因此未来将会迎来更广阔市场。