李森　肖鵬波

【摘 要】本文以51系列的單片機為例子，來對開關(guān)磁阻電動機控制系統(tǒng)進行了相應(yīng)的研究與討論，并在此基礎(chǔ)之上對其內(nèi)部各路電阻組成來進行分析，同時對系統(tǒng)控制軟件以及硬件的設(shè)計方法進行闡述。

【關(guān)鍵詞】開關(guān)磁阻；電路；電動機控制系統(tǒng)

所謂開關(guān)磁阻電動機系統(tǒng)又被稱作SRD，是近些年以來，在傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上研發(fā)的一種全新的調(diào)速系統(tǒng)，實現(xiàn)了機機電一體化。其主要構(gòu)成分為兩個部分，一個就是開關(guān)磁阻電動機，另一部分就是電子控制器。在使用過程中，它以相應(yīng)的電子控制器來作為其運行核心，并以SR電機來作為它自身的受控對象，因此它具背了寬范圍、靈活控制、啟動力矩較大以及調(diào)速高校等優(yōu)點，在現(xiàn)階段的電工界中已經(jīng)越來越多的普及應(yīng)用開來。

1.系統(tǒng)硬件以及組成設(shè)計

當(dāng)前所使用的開關(guān)磁阻電動機其內(nèi)部系統(tǒng)，主要分為三個部分，即SR電機以及電源變換器還有控制器等。其中控制器是整個系統(tǒng)的指揮中樞以及相應(yīng)的決策構(gòu)件，它能夠在運行過程中，對SR電機的實際轉(zhuǎn)子位置以及速度還有相應(yīng)的電流反饋信息，在結(jié)合實際情況之下，發(fā)出一些系列準(zhǔn)確無誤的控制指令，從而讓整個電機能夠穩(wěn)定、安全的運行下去。所以從某種程度上說，控制器設(shè)計的好壞，對于整個SRD系統(tǒng)性能的高低都有著決定性的影響。

典型SRD系統(tǒng)

為了能夠在設(shè)計過程中，確?？刂破鲹碛袃?yōu)良的使用性能，應(yīng)首先對控制器相應(yīng)的輸入以及輸出信號進行有效分析。輸入信號主要包括位置信號以及電流信號還有開停信號與各種保護信號等等；輸出信號則主要包括觸發(fā)信號還有各種指示信號等等。

應(yīng)該說，在對控制器進行信號輸入過程中，首先應(yīng)將位置信號確定為頻率信號，而將電流信號全部模擬成相應(yīng)的餓電壓信號，再經(jīng)過A/D專業(yè)轉(zhuǎn)換之后再進行輸入；對于開停信號還有各種保護信號等都需要在對進行相應(yīng)的外圍電路處理之后，讓它逐漸轉(zhuǎn)變成為開關(guān)信號，然后經(jīng)I/O口輸入。需要注意的是，在信號輸出過程中，相觸發(fā)信號又被稱作開關(guān)信號，而其余各種指示信號又被稱作開關(guān)信號，所以在實際的運作過程中，我們可以使用單片機的I/O來進行信號輸出。其圖如下：

圖2 控制器結(jié)構(gòu)

8751單片機擁有4KEPROM以及128個字節(jié)的專用RAM，此外還包括2個定時計數(shù)器，還有4個8位設(shè)置的I/O口。在實際的設(shè)計過程中，要使用1個定時計數(shù)器來對A、C開關(guān)進行控制，而剩下的定時計數(shù)器則在B、D位置處進行開關(guān)控制。然后在經(jīng)過P1—P3之后，對四個點的相主開關(guān)通斷進行有效控制。此外需要注意的一點是，再對四組繞組開關(guān)進行有效控制之外，還應(yīng)對其位置的過壓以及過流還有斬波等進行有效控制。

位置傳感器中的信號輸入電路能夠?qū)㈦妱訖C位置上的傳感器所發(fā)出的信號波形，經(jīng)過相應(yīng)的整形轉(zhuǎn)換在輸進專用的8751單片機之后進行有效實現(xiàn)：（1）利用傳感器波形來對電動機轉(zhuǎn)子位置進行有效確定，從而對電動機通電相序進行有效控制；（2）利用傳感器波形來對電動機運行過程中的實際轉(zhuǎn)速進行有效確定，從而進行有效的PID運算。

這里所講的位置傳感器，其內(nèi)部是由中間經(jīng)過開槽之后的光電管還有6個安裝在SR電機轉(zhuǎn)子軸上的齒槽遮光轉(zhuǎn)盤組成的。在安裝過程中，應(yīng)將齒槽的角度調(diào)整到30°，而2個光電管也應(yīng)控制15°左右。當(dāng)SR電機同遮光轉(zhuǎn)盤同時間旋轉(zhuǎn)時，能夠迅速的輸出兩個周期為60°，且時間間隔位置同為16°的位置信號，然后這個信號在經(jīng)過專用CD40106整形以及CD4009轉(zhuǎn)換之后，再輸進相應(yīng)的8751單片機之內(nèi)。

SR電機在其進行低速運行過程中，往往選擇使用斬波控制，也就是控制器在運行過程中，在其相應(yīng)的繞組電流沒有達(dá)到規(guī)定最大值之后進行主開關(guān)切斷；而當(dāng)繞組電流衰減到最小值之后，再重新將主開關(guān)開通，進而讓繞組電流可以不斷的上升。此外可以利用改變相繞組電流其相應(yīng)的平均值來對SR內(nèi)部的電機輸出轉(zhuǎn)柜進行有效控制。當(dāng)繞組電流在傳輸過程中達(dá)到規(guī)定中的最大值以及最小值時，經(jīng)過專用的8751單片機來對D/A轉(zhuǎn)換電路進行有效設(shè)定，在對電流傳感器所檢測的相應(yīng)電流信號同原先既定的設(shè)計值相對比之后，再使用RS鎖存器進行及時鎖存。而當(dāng)SR電機繞組中通過的電流值超過規(guī)定允許值之后，就會在相應(yīng)的過流保護電路中產(chǎn)生相應(yīng)的保護信號，由于這種信號的傳輸過程中，會以外部中斷的方式來及時的通知單片機，同時也會邏輯電路進行實時封鎖，從而實現(xiàn)了對過流軟硬件的有效保護。

平常所使用到的晶振電路，一般都是由8MHZ的石英晶體所組成。而專用的8751單片機，其運行設(shè)備的每個周期都是由相應(yīng)的12個振蕩周期所構(gòu)成的。因而在進行實際操作的過程中，每個指令所產(chǎn)生的機器周期應(yīng)該為T=12/f=1.5us。

經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換之后，再使用用戶設(shè)置功能可以模擬出一個真實的轉(zhuǎn)速給定值，并將其看做開關(guān)信號及時的輸入到專用的8751單片機中。不過需要注意的是，在實際設(shè)計過程中，應(yīng)注意外界干擾，以避免在設(shè)計以及以后的使用過程中出現(xiàn)誤觸發(fā)情況。

2.控制軟件

為了能夠盡快的實現(xiàn)和完成對SRD系統(tǒng)的閉環(huán)控制，需要對單片機相應(yīng)的給定速度以及實際電機速度還有相應(yīng)的電機相電信號等進行實時獲取，由于這些信號大都是由一些專用的硬件系統(tǒng)進行直接提供的，所以我們在對控制軟件進水設(shè)定時，必須包含以下一些模塊：對給定速度進行測量、對實際速度進行測量以及對電流信號進行測量。另外在相關(guān)的軟件中，還應(yīng)含有對PID進行調(diào)節(jié)模塊、構(gòu)成程序的保護模塊以及相觸發(fā)信號的實際輸出模塊等等。

3.總結(jié)

文章主要對SRD系統(tǒng)控制進行相應(yīng)的介紹和說明，并對其使用性能進行詳細(xì)的描述與討論，得出使用四象8/6極結(jié)構(gòu)，以及自身額定功率為2.2KW，其相應(yīng)調(diào)速范圍控制在60-1500的r/min的SRD電機系統(tǒng)，可以在一定范圍內(nèi)確保較高轉(zhuǎn)速效率的基礎(chǔ)之上，保證整個系統(tǒng)良好運行。從而有效的證明了該控制方法以及設(shè)計方法是相對可行的。

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