【中图分类号】TM921.5 【文献标识码】B  【文章编号】1561-0330（2018）02-0000-00

1 引言

开关磁阻电机^[1]（switched reluctance motor, SRM）系统作为一种机电一体化的设备，其主要由控制、驱动、检测和保护等部分组成。通过对电机转子的位置的检测来判断为某一相或者某几相绕组通电；通过对转速、电流、转矩等量的测量计算来控制各相绕组中电流的大小。

开关磁阻电机早期的系统中包括大量的模拟电路，这使得系统结构复杂、可靠性降低、成本升高、控制方法受到限制^[2]。随着各种数字芯片以及集成电路模块的问世，为开关磁阻电机系统控制电路的发展和完善提供了有力的物质基础。

2 SRM直接瞬时转矩控制^[2]系统主控电路的设计

本项目选用Texas Instruments（TI）公司生产的数字信号^[3]处理处理系列的TMS320F2812芯片作为控制系统的的主控处理器，该芯片是为运动控制所设计的一款高速性能好，性价比较高一款芯片，它是现如今电机控制领域范围使用较多的处理器之一。它和其它的一些处理器相比较，拥有许多方面的特点，例如：语言兼容度较高、稳定性好、功耗较低、处理速度很高等。另外芯片集成了电机控制所需的体系结构，并且设置了电机控制所需的外围设备，不需要额外的设计电机所需的一些控制电路，简化了硬件电路设计，该控制芯片在实时控制的应用环境下具有很好的优势。

如图1所示，即为TMS320F2812^[4]为核心的主控电路板。

2.1 DSP供电电路

TMS320F2812只有在+3.3V的Flash供电电压和+1.8V的内核供电电压下才可以运行。并且TMS320F2812芯片对电压极度敏感，所以这里选用的电源芯片位TPS767D318，该电源芯片电源转换精度较高，其输入电压为+5V，输出电压为+3.3V和+1.8V。TPS767D318的接线电路如图2所示。

3 DITC系统硬件控制电路的设计

3.1 整流电路的设计

    该项目设计的控制器的供电电源是选用380V/50Hz的三相交流电，整流电路的作用是把交流电转换成开关磁阻电机所需的直流电，该设计选用的整流电路模块为三相三线制。该部分电路设计主要的是二极管整流部分的设计以及电容滤波电路的设计。其整流电路的电路图如图4所示。二极管整流电路采用的是三相不可控全桥整流电路，输出的电压为直流，输

电源采用+15V电压；PWM1与PWM2为控制芯片发送的驱动信号的输入端，分别控制两路IGBT，输入端的任何跳变沿都会触发驱动器工作；Fault1与Fault2位故障信号的两路反馈输出端，在没有故障发生时，输出的是高阻抗。当发生IGBT短路或者过流时，以及原方、副方出现欠压时，Fault1与Fault2的输出端口输出低电平。

SC010T的副方接口配备的是10针接线端子，共有两路驱动端口；同时副方接口的输入、输出端也都配有静电防护措施。副方接口电路如图7所示。

SC010T副方接口的VCE1、VCE2是集电极的电位检测端口，接到IGBT的集电极，检测IGBT的短路或过流现象；REF1、REF2是参考端口，可以用于过电流或者短路保护功能，与IGBT发射极连接。GH1与GH2为门极开通接口，GL1与GL2为门极的关断接口，这四个端口都与IGBT的基极；VE1与VE2位发射极端口，与IGBT辅助发射极。另外注意的是在供电电压比较低的时候，不要对IGBT进行驱动，过高的变化率会致使功率开关部分导通。

3.3 位置检测电路设计

    电机转子位置采样选用的光电传感器为GK105A，光电元件的供电电压为直流+15V，在资料中已经对光电传感器的安装位置以及信号做出了分析，这里对转子位置信号采集电路做出介绍，其电路图如图8所示。主要部分是由P1、P2、P3光电开关和3个运算放大器LM124组成。遮光盘的齿与槽在光电开关的U型槽内通过，随着光电开关的闭合与关断，从而产生三路高低电平方波信号，这三路信号会通过运算放大器LM124的处理整形，然后通过信号线传送给DSP的外围位置信号处理电路进行处理，最后传送给DSP对转子的位置及转速做出计算判断。这里的信号线一定要选用可屏蔽电线来传输信号，以防外界的电磁干扰。

4 测试结果与分析

    控制器与功率电路通电测试一切都正常后，下面接着进行联合测试。将信号采集、功率驱动以及电机供电接线等完成后，首先将各部分通电后先进性空载实验，对各部分性能进行测试，将所有不正常的情况解决后，才能保证带载试验顺利进行；紧接着固定在实验平台上进行加负载实验，对控制系统的性能进一步进行测试，看SRM是否能够稳定运行。检测运行时的基本数据，如转子位置传感器的信号、IGBT的驱动信号、电流电压值等，以保证控制系统能够稳定运行。

由图10可以看出位置信号图与高低端功率开关驱动波形图是同步的，并且还可以看出，功率开关器件是在位置信号的下降沿之前就被关断了，这样可以达到最佳控制效果。从电流波形图可以看出，当功率开关闭合后电流值是快速上升的。这里出现电流斩波的情况，是因为空载运行时，不需要太大的电流值就可以得到较高的转速，为了稳定转速值，所以需要限制电流流的大小。图11为高速带载运行时驱动波形与位子信号关系，各标号线与图10一致，绿色曲线是角度控制波形图，从图中看出，开通角是固定的，关断角提前在位置信号下降沿之前关断。当功率开关关断后，有一个电流的升高，这是续流二极管续流回馈的结果。这样可以达到节能降耗的目的。图12是带载高速运行环境下，由于给定压力与实测压力差较小，转速不需要调节太多，所需的电流值不需要太大就可以调节压力差，因而电流值上升较慢，定子绕组中的电流值没有出现过流现象，在没有升到最大值功率开关就已经闭合，电流开始下降到最小值0，直到下一次遇到开通角。但下降期间也有回流现象。

5 结束语

本文介绍了开关磁阻电机直接瞬时转矩控制方法中的控制电路部分，对各部分电路的设计进行了介绍，开关磁阻电机控制系统中硬件控制电路对整个系统是非常重要的，它能有效的改善SRM的缺陷，提高SRM的运行性能。

参考文献

[1]吴建华.开关磁阻电机设计与应用[M].北京:机械工业出版社,2000: 55-61．

[2]刘迪吉.开关磁阻电机发展及应用[J].电气技术,2006, (07): 17-20.?

[3]李泉材.基于DSP和嵌入式技术的设备巡检系统关键技术研究[D].郑州大学, 2004.

[4]徐佩.高性能DSP芯片TMS320F2812应用技术硏究町航空计算术, 2007, 05:86-88.

[5]李大威.开关磁阻电机的直接瞬时转矩控制系统研究[D].西安:西安科技大学电气与控制工程学院,2011.

作者简介

付庆文 （1990-） 男 研究生在读 研究方向为控制理论与控制工程