基于微步驱动的开关磁阻电机转矩脉动控制系统

文章摘要：电机正转时：A-AB1-AB2-AB3-B-BC1-BC2-BC3-C-CD1-CD2-CD3-D-DA1-DA2-DA3-A 反转时：A-AD1-AD2-AD3-D-DC1-DC2-DC3-C-CB1-CB2-CB3-B-BA1-BA2-BA3-A图2（8/6）SRM细分绕组理想电流波形在SRM转子位置检测中，由光电旋转编码器检测转子位置产生较高分辨率的数字信号。如转子每旋转一周（360度）能产生N个信号，则称其为Np/r（脉冲/转）。把N个脉冲信号细分，每转过N/96个脉冲调整一次相绕组电流大小，使转子的一个大步距角细分成4个小的步距角。从而使电流用换相区代替换相点，即在换相时关断

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电机正转时：A-AB1-AB2-AB3-B-BC1-BC2-BC3-C-CD1-CD2-CD3-D-DA1-DA2-DA3-A

    反转时：A-AD1-AD2-AD3-D-DC1-DC2-DC3-C-CB1-CB2-CB3-B-BA1-BA2-BA3-A

图2（8/6）SRM细分绕组理想电流波形

在SRM转子位置检测中，由光电旋转编码器检测转子位置产生较高分辨率的数字信号。如转子每旋转一周（360度）能产生N个信号，则称其为Np/r（脉冲/转）。把N个脉冲信号细分，每转过N/96个脉冲调整一次相绕组电流大小，使转子的一个大步距角细分成4个小的步距角。从而使电流用换相区代替换相点，即在换相时关断相电流不是立即关断到零，而是按阶梯下降；导通相也并不是立即导通，而是按阶梯逐渐导通。阶梯的宽度 即PWM脉宽占空比由32个脉冲转过的时间决定。

控制系统原理如图3所示，实际转速与给定转速相比较产生的偏差信号通过调节器经过PID运算产生给定转速对应PWM脉宽占空比Y，同时根据转子位置脉冲查表对应平衡位置转矩角θ对应的正余弦值，经过算术运算求得实时通电相PWM占空比幅度Ya、Yb，即控制了通过SRM绕组的有效电流大小。

图3 SRM细分驱动控制原理图

五、实验与结论

本文论述的微分驱动SRM的控制策略在具体实施阶段，选用了Microchip公司的PIC18F2331高档八位单片机，该芯片内部集成了丰富的外设资源，其中功率控制PWM模块、CCP模块、A/D模块、光电编码器接口（QEI）等为SRM的控制提供了方便。

利用CCP模块的捕捉模式，当转子位置信息脉冲符合设定的条件时（上升沿或下降沿出现），中断标志位CCP1IF被硬件自动置位，产生一次CCP1捕捉中断。将TMR1的计数值传送到CCPR1寄存器。根据计数值可计算电机转速。

在PIC18F2331中，功率控制PWM模块支持三个PWM发生器和六个输出通道。在本系统中，功率变换部分采用半桥式电路，相与相之间完全独立，每相需要一个IGBT作为主开关器件，所以只要选用两个PWM发生器和四个输出通道即可满足电机的驱动控制。

A/D模块为10位高速转换器，可通过寄存器设置芯片的工作电压作为A/D转换的参考电压（即使用VCC为参考电压）。则模拟信号的输入范围为0~VREF。

相电流采样选用霍尔电流传感器采样电流信号，霍尔电流传感器本身已存在滤波电路，输出可直接提供给单片机的A/D模块。

在本控制系统中采用了光电编码器测量转子位置，作为闭环控制的反馈量。PIC18F2331提供了这种编码器的接口电路，编码脉冲通过2个引脚QEA和INDX 输入到芯片内部作为输入时钟，时钟信号使位置计数器寄存器（POSCNT）递增。此寄存器的工作模式决定了是在QEA 输入沿递增。如果与周期寄存器MAXCNT 匹配该寄存器复位。如果允许位置计数器中断，当POSCNT复位时会产生一个中断。

由于本系统采用了外设资源集成度比较高的PIC单片机，所以硬件电路比较简单。 系统框图如下：

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