開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)電流環(huán)的數(shù)字控制
邱亦慧，馬志源，詹瓊?cè)A
(華中理工大學，湖北 武漢 430074)
摘 要：在闡述殲關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)(SRD)電流環(huán)數(shù)字控制原理以及對兩種可行方案進行分析比較的基礎(chǔ)上，提出了一種新的更適合開關(guān)磁阻電機的混合式解決方案，并分別得到實驗結(jié)果。結(jié)果表明，開關(guān)磁阻電機電流環(huán)的數(shù)字控制不僅足完全可行的，而且較傳統(tǒng)的模擬方案有著不可忽視的優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：開關(guān)磁阻電饑；數(shù)字電流環(huán)；電壓PWM；電流跟蹤
1 引 言
SRD作為一種新興的凋速系統(tǒng)，以其結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、可靠性高、成本低等特點，在同類產(chǎn)品中具有很強的競爭力，其潛力不可估量。在數(shù)字控制浪潮的沖擊下，SRD系統(tǒng)也早已從剛開始的全模擬控制向數(shù)字控制轉(zhuǎn)變．但由于軟硬件等各方面的限制，國內(nèi)開關(guān)磁阻電機電流環(huán)的控制仍舊是在CPU片外的模擬控制．而電流環(huán)的控制對開關(guān)磁阻電機來說是一個關(guān)鍵，因此在很大程度上影響了SRD優(yōu)越性的進一步發(fā)揮。同時，越來越廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域決定了其對驅(qū)動系統(tǒng)有著越來越高的要求，尤其在響應(yīng)速度和運行可靠性、靈活性等方面，這也對傳統(tǒng)的模擬解決方案提出了很大的挑戰(zhàn)，要求盡早完成電流環(huán)的數(shù)字化控制這一工作。
近年，數(shù)字信號處理技術(shù)的快速發(fā)展以及高集成度高速的電機控制專用數(shù)字信號處理芯片的出現(xiàn)使得開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)的全面數(shù)字化尤其是電流控制的數(shù)字化成為可能，正是在這一基礎(chǔ)上，本文提出了兩種實現(xiàn)電流環(huán)數(shù)字控制的策略，并通過實驗論證和相互比較，說明兩種策略都是可行的，但各有所長，為了得到能仗開關(guān)磁阻電機各方面性能更好的電流波形，作者提出了一種集二者之長的混合式解決方案，從而對提高SRD的效率、降低噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動具有很大意義。
2開關(guān)磁阻電機數(shù)字電流環(huán)的基本原理與兩種控制策略
2．1 基本原理
當開關(guān)磁阻電機處于非高速運行時，繞組反電勢較小，故如不加控制，電流可以沖到很高值，在這種情況下，往往采用固定相繞組開通、關(guān)斷角，利用電流環(huán)控制得到一定大小和波形的電流，從而得到所需的電機功率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速等參數(shù)。在目前理論研究的基礎(chǔ)上，認為方波是一種適合于開關(guān)磁阻電機的理想電流波形。
因此電流環(huán)所要完成的任務(wù)是比較實際電流和參考電流(即方波幅值)，并根據(jù)兩者差距來決定輸出電流控制信號，使實際電流盡快達到參考電流缸；改變參考電流值，就改變了電機的最終輸出。在傳統(tǒng)的模擬控制中，存在多種控制策略，如電流上下限控制、電流跟蹤控制、電壓PWM控制等，這些策略都可以用數(shù)字控制實現(xiàn)，且在數(shù)字控制中，這一任務(wù)主要由軟件完成，由于對軟件的修改十分靈活方便，算法的嘗試可以多種多樣，因此數(shù)字控制更靈活、更有效、更精確，對開關(guān)磁阻電機控制中長期困擾人們的一些難題，如噪聲和振動，很有可能提供一個優(yōu)秀的解決方案，但數(shù)字控制和模擬控制的基本原理是一
致的，如圖1所示。
顯而易見，控制的關(guān)鍵在于詞節(jié)器算法的選擇與優(yōu)化，也正是由于調(diào)節(jié)器算法的多樣性和靈活性，決定了數(shù)字電流環(huán)控制策略的多樣性和靈活性。在本文中，作者闡述了兩種控制策略的數(shù)字實現(xiàn)，即電壓PWM控制和電流跟蹤控制。
2．2電壓PWM控制
電壓PwM控制的核心思想是根據(jù)當前周期采樣電流和參考電流的差值確定下一周期的PwM脈沖的導通占空比。由于二者之間的關(guān)系十分復(fù)雜，還受各種其它參數(shù)如電壓、負載等的影響，故需要一個比較復(fù)雜的算法來根據(jù)輸入確定輸出，并確保系統(tǒng)具有良好的動、穩(wěn)態(tài)性能，如圖2所示，一般采用的算法有PID算法、模糊算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、自適應(yīng)算法等。
2．3電流跟蹤控制
電流跟蹤控制的思想比較簡單，即當前周期的控制信號總是要當前電流趨向參考電流。如果當前周期的參考電流與采樣電流的偏差小于零，則立即關(guān)斷相應(yīng)相主開關(guān)，反之，即立即開通相應(yīng)相主開關(guān)。因此它不像電壓PWM控制，有一個周期的延遲，其算法框圖如圖3所示。
3數(shù)字電流環(huán)的軟硬件實現(xiàn)及實驗結(jié)果
3．1軟硬件實現(xiàn)
在硬件上作者采用TI公司的TMs320F240芯片作為CPU核心來設(shè)計實現(xiàn)SRM控制器的硬件系統(tǒng)，從 |
