开关磁阻电机驱动控制系统设计.pdf

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1、第４期（总第２０３期）机械工程与自动化Ｎｏ．４２０１７年８月ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＡｕｇ．文章编号：１６７２６４１３（２０１７）０４０１７６０３开关磁阻电机驱动控制系统设计王永艳，刘武发（郑州大学机械工程学院，河南郑州４５０００１）摘要：研究了一种以Ｃ８０５１Ｆ１２０和ＣＰＬＤ作为控制核心的开关磁阻电机驱动控制系统。针对三相６／４极开关磁阻电机，使用ＭＯＳＦＥＴ器件组成的三相不对称半桥式功率变换器作为主电路，使用低成本、自带光耦隔离的Ｓｉ８２３２芯片作为功率开关驱

2、动电路，针对转子位置检测、电流电压检测等硬件电路和驱动控制软件进行设计，实现了开关磁阻电机的驱动控制。关键词：开关磁阻电机；驱动控制系统；ＣＰＬＤ中图分类号：ＴＭ３５２文献标识码：Ａ０引言采用ＳｉｌｉｃｏｎＬａｂｓ公司的高性能、模拟加强型微开关磁阻电机（ＳｗｉｔｃｈｅｄＲｅｌｕｃｔａｎｃｅＭｏｔｏｒ，控制器Ｃ８０５１Ｆ１２０，主要负责电压和电流状态检测、转ＳＲＭ）是２０世纪８０年代中期发展起来的新型调速电速计算、键盘、显示、上位机通信等。机，其技术涉及到微电子、电机学、电力电子学、控制科学等交叉学科［１］。ＳＲ

3、Ｍ具有结构简单、可靠性好、成本低廉、损耗小、效率高、可控参数多、控制灵活、启动转矩大、容错能力强等优点，在１００Ｗ～７００Ｗ范围内，ＳＲＭ单位体积输出功率高出异步电动机或直流换向电动机２倍～４倍［２］，因而在电机直流调速和交流变频调速系统中极具竞争力。本文以Ｃ８０５１Ｆ１２０＋ＣＰＬＤ作为主控制芯片，充分结合Ｃ８０５１Ｆ１２０的高速运算性能和ＣＰＬＤ低延迟时序控制，设计出ＳＲＭ驱动控制系统硬件电路及软件控制策略。图１ＳＲＭ驱动控制系统硬件结构１犛犚犕驱动控制系统硬件结构设计图１为以Ｃ８０５１Ｆ１２０＋ＣＰＬＤ为

4、控制核心的开关磁阻电机控制系统硬件结构。位置传感器检测定转子的相对位置，经ＣＰＬＤ作逻辑综合，确定三相绕组的通断次序，输出相应驱动信号，驱动ＭＯＳＦＥＴ功率变换器运行，同时计算出电机转速，进行速度闭环控制。电流检测电路实时检测三相电流大小，进行电流斩波图２Ｃ８０５１Ｆ１２０＋ＣＰＬＤ控制器结构框图控制。过压欠压及过流检测电路用于系统保护。通信ＣＰＬＤ采用ＡＬＴＥＲＡ公司的ＥＰＭ７０６４进行逻接口、键盘和显示电路用于系统参数设置和调试。辑综合控制，综合处理三相位置检测信号、过流过压检测信号、启／停信号、正／反转信

5、号以及经Ｃ８０５１Ｆ１２０１．１主控电路主控制电路由８位高速ＭＣＵ（Ｃ８０５１Ｆ１２０）和可处理后的三相ＰＷＭ信号，输出处理后的三路ＰＷＭ编程逻辑门阵列（ＣＰＬＤ）共同组成。图２为给ＭＯＳＦＥＴ驱动电路，同时将三路位置信号逻辑运Ｃ８０５１Ｆ１２０和ＣＰＬＤ共同组成的控制器框图。算后送回Ｃ８０５１Ｆ１２０进行转速的计算。１．２功率变换器收稿日期：２０１６１２０５；修订日期：２０１７０５０３作者简介：王永艳（１９９１），男，福建莆田人，在读硕士研究生，研究方向为机电一体化。２０１７年第４期王永艳，等：开关

6、磁阻电机驱动控制系统设计·１７７·ＳＲＭ的功率变换器有多种形式，根据基本原理可频率，可用Ｔ法［５］计算出电机的转速，再经ＰＩ运算产知，功率变换器有３个作用，即开关作用、绕组能量回生对应占空比的ＰＷＭ波进行转速调节。馈以及为ＳＲＭ提供足够的电能量。其输入端连接直位置检测电路如图４（ｂ）所示，本文采用四路差分流电源，输出端与各相ＳＲＭ绕组相连。ＳＲＭ控制系传输芯片ＡＭ２６ＬＳ３１Ｃ，检测的三相位置信号经过倒统功率变换器的性能在很大程度上决定了系统的整体相电路和缓冲电路之后，形成一对大小相等、极性相反性能。图３为系统

7、功率变换器主电路（仅画出Ａ相绕的差分信号，经由差分接收芯片（如ＡＭ２６ＬＳ３２）进行组），它采用了一种三相不对称半桥式结构［３］。系统采信号转换和传输。差分传输方式可抑制共模信号，达用１２Ｖ直流供电，Ｑ１、Ｑ２和Ｄ１、Ｄ２组成一相半桥式到抗干扰的目的。逆变电路，向ＳＲＭ的一相绕组供电。以Ａ相为例，当主开关管Ｑ１和Ｑ２处于导通状态时，直流电源加至Ａ相绕组两端。换向期间，主开关管Ｑ１和Ｑ２同时关断，相绕组通过二极管Ｄ１、Ｄ２退磁，将能量回馈给直流电源，并使电流迅速降至零。该结构的优点在于能够使各相之间完全独立控制，

8、同时提供斩波器件的续流过程和换相时的快速退磁。热敏电阻犚０限制上电瞬间大的浪涌电流，电阻犚１、犚２、犚３、犚４、Ｑ７组成制动回路，当电机制动时即开通Ｑ７，以满足快速制动要求。图４三相基本位置信号和位置检测电路１．４电流、电压检测电路为了实现ＳＲＭ驱动控制系统电流斩波控制，必须对功率变换器的电流、电压进行实时检测。如图３所示，Ａ相电流由精密电阻犚５采样，经图５所示电流检测电路的输入端，通