開關(guān)磁阻電動機控制技術(shù)分析

孫海波

（山東科匯電力自動化股份有限公司，山東淄博，255000）

0 引言

開關(guān)磁阻電動機，有其強大驅(qū)動系統(tǒng)，該結(jié)構(gòu)能發(fā)揮出較為優(yōu)異的控制應用性能，而在驅(qū)動系統(tǒng)中，各項設備模塊共同組成驅(qū)動體系，幫助電動機能在較高控制效果下，完成各類操作。SRD驅(qū)動系統(tǒng)屬全新調(diào)速型系統(tǒng)，相比于直流驅(qū)動、交流驅(qū)動，調(diào)速驅(qū)動能具備穩(wěn)定性強、操作失誤率低等優(yōu)勢，且具備較大發(fā)展空間，所以對其控制技術(shù)加以研究，有其必要性。

1 開關(guān)磁阻電動機其應用特征

當作為調(diào)速驅(qū)動而進行使用時，電動機應具備一定特征，確保驅(qū)動系統(tǒng)能保持相對穩(wěn)定狀態(tài)，維持較高應用效率。第一，電動機其結(jié)構(gòu)簡單且堅固。電動機中轉(zhuǎn)子是依靠硅鋼片進行疊壓形成，而定子線圈需要采用集中繞組方式，由此整個電動機結(jié)構(gòu)憑借簡單工藝，可更好作用于不良環(huán)境，如高溫、強振動等。第二，電動機能夠作用的調(diào)速范圍較廣，并且操作靈活，便于電動機完成各類特殊需求下的機械使用途徑，并且在寬廣轉(zhuǎn)速下，電動機可取得更高運行效率，所以電動機可完成多數(shù)控制需求工作。第三，電動機損耗主要源自定子，轉(zhuǎn)子因為并不具備永磁體，所以可在溫升情況下依舊保持良好效率進行運作，而電動機整體降溫冷卻效率較高，因此電動機能在較大彈性環(huán)境下完成相關(guān)應用。不同的應用特征都將影響電動機實際運作效率，但電動機整體硬件性能優(yōu)異，可以在不良環(huán)境中完成調(diào)速結(jié)果，由此可在艦船等作業(yè)環(huán)境下，有極大應用優(yōu)勢。

2 SRD微機控制的硬件設計

■2.1 結(jié)構(gòu)設計

電動機及其相關(guān)設備，是開關(guān)磁阻的重要部分，其結(jié)構(gòu)簡單，對比異步電動機，設計因素更簡潔，由此在功率變換器上也具備簡單電路結(jié)構(gòu)，所以其設計、制造成本很低，能擁有較大應用性價比。但電動機實現(xiàn)控制，主要還要參考相關(guān)運行條件，所以當不同種類轉(zhuǎn)子其位置發(fā)生改變時，繞組開關(guān)器件還易發(fā)生通斷行為，為保持電動機性能穩(wěn)定，需要對其結(jié)構(gòu)加以完善設計。電動機不僅需要操作靈活，更要保持運行控制中的簡單性，所以現(xiàn)階段較為復雜的控制行為，將不利于操作順利、便捷完成，應在結(jié)構(gòu)設計上將硬件設備融合相關(guān)軟件微機控制，確保整個機械系統(tǒng)能保持較高控制成效。

為充分簡化電路，需要不斷挖掘電動機其控制優(yōu)勢，以便在設計上及時發(fā)掘出相應控制技巧，從而可確定其顯示的信息功能，在將裝置做以智能應用期間，可采取微機控制模式，將調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)確保運作。所以微機控制系統(tǒng)在應用設計時，需要具備各類特征優(yōu)勢。比如無論低俗高速運轉(zhuǎn)，都應保持恒定特性；起動、制動等模式下良好轉(zhuǎn)換；調(diào)節(jié)速度較為方便、即時；當前速度有所顯示等。為達成上述需求，需要完整設計微機控制系統(tǒng)，以便更好促進電力推進系統(tǒng)能完成硬件組成中的結(jié)構(gòu)設計工作[1]。

■2.2 硬件設計

在驅(qū)動系統(tǒng)中，存在兩個反饋機制，分別為速度反饋及電流反饋，兩種反饋機制能展示出現(xiàn)階段驅(qū)動系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)效率，更好提升電動機控制成效。其中速度反饋主要從位置傳感器中取得相關(guān)信號，并由此判斷轉(zhuǎn)子位置，可良好掌控轉(zhuǎn)子工作效率。簡化整個硬件電路結(jié)構(gòu)，可以借助DSP微處理器做以控制方案的制定，并由軟件加以實現(xiàn)，該軟件需要將各類功能加以實現(xiàn)，以便完善驅(qū)動系統(tǒng)的硬件功能呈現(xiàn)。

比如需要將轉(zhuǎn)子位置做以準確跟蹤，并要把位置信號及時輸出，通過功率變換器來把相關(guān)的開關(guān)器件做以控制口令的執(zhí)行，確保將繞組勵磁；從轉(zhuǎn)子位置視角觀之，位置信息應做以算法討論，由此可將轉(zhuǎn)子速度數(shù)值準確得出，此時利用速度偏差分析辦法，確認閉環(huán)操作落實時間，由此得到較高效控制效果。微機控制下，驅(qū)動系統(tǒng)無論采用何種控制狀態(tài)，都應將軟件、硬件加以結(jié)合使用，共同作用于控制操作。為提升微機控制成效，還要在硬件系統(tǒng)中完成CPU、傳感器等設備的物質(zhì)基礎(chǔ)建設，更為重要的是將控制思想加以確定，本文試析Bang-bang方式，進行對整個驅(qū)動系統(tǒng)的控制，該方式可對不同參數(shù)做以較快響應，從而提升控制行為其精準性。整體硬件結(jié)構(gòu)的設計方案如圖1所示。

圖1 整體硬件結(jié)構(gòu)

3 SRD系統(tǒng)程序框圖的設計

該系統(tǒng)是將中斷服務等程序進行綜合應用的一類系統(tǒng)，來完成系統(tǒng)程序的完整性搭建，對整個設計項目起到框架作用。其中主程序能夠結(jié)合起完整的系統(tǒng)初始模板，進行運轉(zhuǎn)，期間聯(lián)合各子程序，負責支持完整框架運行作用。另外主程序還可對轉(zhuǎn)子設備進行跟蹤，確保其位置信息能夠按照正確相序來做以輸出，保證功率變換器能得到穩(wěn)定、真實的位置數(shù)據(jù)。當CPU發(fā)出中斷信號后，響應操作由此結(jié)束，控制程序循環(huán)失效。而專用的子程序是在既定參數(shù)下能夠完成較高應用特性的程序類型，通過已給定參數(shù)，專用子程序可將其轉(zhuǎn)變?yōu)閰⒖茧娏餍问?，由此在參?shù)轉(zhuǎn)換間完成相關(guān)控制，比如APC控制或CCC控制等[2]?？驁D設計期間，參數(shù)需要做以不斷刷新，以此來提高控制行為的時效性，其中應刷新參數(shù)包括電動機轉(zhuǎn)速及相電流等。

4 SRD艦船電力推進設計

■4.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)使用到的機械結(jié)構(gòu)為四相8/6，并使用11KW功率下的開關(guān)磁阻電動機、非回饋式能量電流斬波電路形式的功率變換器，并將IGBT作為主開關(guān)設備。當基級的驅(qū)動信號傳來時，需要借助DSP接口數(shù)據(jù)傳輸線進行承接，并在DSP設備下的軟件中進行32位浮點計算，以此來將數(shù)據(jù)信號進行切實獲取，保證系統(tǒng)穩(wěn)定。電動機設備借由傳動桿裝置來帶動船槳，進而產(chǎn)生推力，促使船體前進。整個設計系統(tǒng)中，其硬件結(jié)構(gòu)具備較高可靠性，其制造成本較低，是能完整落實的系統(tǒng)設計方案；其軟件結(jié)構(gòu)也較簡單，主要通過各類程序組合完成，能幫助硬件系統(tǒng)完成高效運作。主程序?qū)⑾到y(tǒng)初始化，子程序在協(xié)調(diào)運作中保證系統(tǒng)運行效率，此時下達信號，令功率變換器能夠產(chǎn)生正確行為，從而將開關(guān)進行開/閉模式切換。該設備下的軟件結(jié)構(gòu)中，能夠借助系統(tǒng)支持，對參數(shù)等數(shù)值進行算法操作，并由此得出電流等運行狀態(tài)的參考數(shù)值，更好完成相關(guān)控制行為。圖2為控制系統(tǒng)框圖。

圖2 控制系統(tǒng)框圖

■4.2 系統(tǒng)運行

首先，啟動系統(tǒng)，電動機設備借助轉(zhuǎn)向操作實現(xiàn)指令信號的轉(zhuǎn)變。在循環(huán)周期內(nèi)，系統(tǒng)程序能檢測到轉(zhuǎn)向操作的具體方向，因此當進行方向轉(zhuǎn)變時，需要重新設計方向轉(zhuǎn)向標記。此時進行的各項操作，如減速、加速等，應在轉(zhuǎn)向標記進行時，而自動落實轉(zhuǎn)向操作。

其次，系統(tǒng)運行期間，位置檢測系統(tǒng)可對轉(zhuǎn)子位置敏感，確定位置后，轉(zhuǎn)換計算方式，得到速度數(shù)值，并得出結(jié)論，其控制行為應在規(guī)定模式下完成。比如，實際轉(zhuǎn)速小于給定轉(zhuǎn)速，DSP對功率變換器采取CCC控制方式；大于額定轉(zhuǎn)速，采取APC控制方式[3]。因此結(jié)合此類系統(tǒng)控制辦法，能夠?qū)⒆兘Y(jié)構(gòu)控制達到較高應用成效，將其投入電動機運行控制操作下，可改善應用方式，并在實際作用下，起較優(yōu)勢作用，幫助電動機完成運行各類控制行為的落實。

分析不同應用狀態(tài)下的電動機控制辦法。第一，正車運行。首先應將正車速度設置為一定數(shù)值，其次按下A鍵鈕，當數(shù)值信息經(jīng)DSP轉(zhuǎn)化為二進制顯示后，可再按D鍵，由此將DSP控制指令加以轉(zhuǎn)變，通過接口控制開關(guān)，進行正確操作，此時開關(guān)斬波的調(diào)節(jié)功率將展示輸出電壓，由此將速度變化傳遞到電動機控制系統(tǒng)中。第二，倒車運行。同樣將速度數(shù)值給定后，此時按D鍵，并將次數(shù)設置為偶數(shù)次，其控制方案原理與正車運行同理，只不過需要將變換器次序稍加調(diào)整。第三，停車運行。在其電動機處于原始狀態(tài)運行時，此時進行的停車操作可按下C鍵鈕，該時刻下的設備由DSP做以控制，其功率變換器可將轉(zhuǎn)子的運行速度調(diào)節(jié)為0，此時換相次序做以反轉(zhuǎn)操作，此時換相控制操作、電機等也停止運作。當用戶需要顯示當下速度數(shù)值時，應按B鍵。由Bang-bang控制下的驅(qū)動系統(tǒng)，能將各參數(shù)控制操作變得更為精準，比如在CCC控制時，需要將速度數(shù)值控制下的定轉(zhuǎn)速度減小，并采用周期控制方式調(diào)整位置、角度，由此便可在周期意識下來控制換相操作，良好過渡換相。

5 結(jié)論

綜上，為將開關(guān)磁阻驅(qū)動系統(tǒng)做以性能改善，應借助先進控制策略，比如對其做以非線性時變考慮，便需要將系統(tǒng)控制變得復雜，不利于現(xiàn)實操作可行性落實，因此將開關(guān)磁阻的電動機設備加以控制策略實踐，是基于成本、操作等因素下的最好選擇結(jié)果。選擇使用Bang-bang控制辦法，能減輕設計者負擔，并借助DSP微處理器，在較少運算基礎(chǔ)上，可大幅提升系統(tǒng)控制其響應效率，保障控制精度。開關(guān)磁阻電動機能在較簡單結(jié)構(gòu)、調(diào)速效果高等應用優(yōu)勢中，為自動化產(chǎn)業(yè)提供較高應用成效，便于智能化操作，因此未來將會迎來更廣闊市場。