基于單片機的開關磁阻電機驅動系統(tǒng)設計

2.2 功率變換電路

本文采用的是四相8/6極磁阻電動機作為系統(tǒng)控制的實驗平臺，功率電路采用H型的功率電路，如圖3所示。A，B，C，D為SR電機的四相繞組，VD1～VD4為續(xù)流二極管，AB，CB，CD，AD兩相同時導通，循環(huán)導通工作。若V1，V3同時導通，則A，B相通電。若V1關斷，V2閉合，則A相關斷，C相開始導通，此時，A相繞組將通過二極管VD1續(xù)流，C相繞組也將構成回路，使B相電流增大，中性點電位必然增高，促使A相續(xù)流迅速衰減，強行換相。緊接著關斷V1，開通V4，則C，D相導通，依次循環(huán)導通，電機就連續(xù)工作起來。其*率開關用PWM控制信號通過驅動電路來進行控制其通斷。

圖3 功率電路原理圖

2.3控制電路結構

控制電路部分主要包括80C196單片機，角度位置檢測電路，顯示鍵盤電路以及接口電路。在控制電路中，單片機是核心，負責執(zhí)行指令、處理數(shù)據(jù)。角度位置檢測電路通過光電傳感器檢測轉子位置，并將位置信號處理好后送給功率變換器和顯示電路部分顯示系統(tǒng)信息。8279接口電路負責CPU和顯示鍵盤部分的信息交換。系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時，用戶通過鍵盤給定轉速，單片機接收到轉速指令后通過與實際測的速度相比較，通過內(nèi)部設定的控制算法輸出一個占空比可調(diào)的PWM信號，這個PWM信號使得在SR電機的相繞組兩端電壓的變化，從而實現(xiàn)調(diào)速的目的。

3 SRD系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件主要由單片機處理軟件和PC上位機控制軟件組成。

3.1 單片機軟件設計

開關磁阻電機控制軟件以控制系統(tǒng)硬件為依托。完成對位置信號，輸入給定信號及當前運行狀態(tài)的檢測，進行判斷和計算，輸出合適的電流控制與換相控制信號。它由前臺程序和后臺程序組成，如圖4所示。其中后臺程序包括初始化程序，鍵盤掃描程序，調(diào)速控制程序，顯示程序，閑時循環(huán)程序。前臺程序由四個中斷程序組成，它們位置中斷程序、軟件定時器中斷，外部中斷及串行口中斷程序。

圖4 開關磁阻電機控制程序流程

初始化程序完成有關單元初始化，選擇外部接口的工作方式，CPU各部分功能部件初始化，開啟中斷等，使整個系統(tǒng)處于準備運行狀態(tài)。鍵盤掃描程序檢查鍵盤的輸入情況，并進行相應的軟件去抖動處理，當確實有鍵按下時進行相應的判斷，如正轉、反轉、制動。調(diào)速控制程序根據(jù)給定速度，并根據(jù)電機的狀態(tài)完成電機的啟動與制動，當在運行時根據(jù)速度的偏差輸出相應的PWM信號。顯示程序主要完成電機在面板控制方式下的信息顯示。電機啟動前閃爍顯示給定轉速，啟動后給定實際轉速，運行過程中若出現(xiàn)故障，則顯示故障性質代碼。閑時循環(huán)程序由電源檢測程序、硬件故障檢測、故障處理及對上位機的命令分析程序組成。

位置中斷程序即兩個位置傳感器輸出的方波信號的上升沿和下降沿均引起中斷，即電機每轉過15°就產(chǎn)生依次中斷。該程序主要完成運行速度檢測、換相控制以及運行模式的切換。定時器中斷實現(xiàn)主循環(huán)定時，電流采樣，電流斬波等功能。而外部中斷程序則實現(xiàn)外部鍵盤輸入功能。串行口中斷則是實現(xiàn)上位機與單片機之間的通信。

系統(tǒng)的工作過程如下：當單片機接到啟動命令時，，在檢測系統(tǒng)狀態(tài)一切正常的情況下，根據(jù)位置傳感器所提供的轉子的位置信號，按啟動邏輯給出相應的輸出信號，該信號通過功率變換器向電機繞組供電，使電機開始轉動。當轉子轉過一定角度時，控制電路根據(jù)位置傳感器信號的變化通過功率變換器使電動機通電相位改變。運行時，根據(jù)給定速度與實際速度之間的誤差輸出占空比可以調(diào)節(jié)的PWM控制信號。當操作命令改變時，如反轉，停車，制動時，控制電路再次改變工作邏輯，通過功率變換器使電動機實現(xiàn)操作要求。若在運行中出現(xiàn)故障情況，控制電路將通過關斷功率變換器實現(xiàn)保護，并且通過顯示電路顯示故障代碼。