基于TMS320F2812的开关磁阻电机磁链特性检测1引言开关磁阻电动机驱动系统(SRD)是一种新型的交流驱动系统，它结构简单、坚固耐用、成本低廉、控制参数多、控制方法灵活、可获得各种所需的机械特性，从而在宽广的调速范围内均具有较高的效率而备受瞩目，在电力传动领域有广阔的发展前景。磁链特性是开关磁阻电机的基本特性，建立开关磁阻电机的磁链特性模型是优化电机设计，提高电机性能和进行无位置传感器控制的必要步骤，多位学者在开关磁阻电机磁链特性检测方面做了大量研究，Krishnan等讨论了测量磁链特性的高频叠加法和磁链直接与间接检测法，并阐述了磁链直接与间接检测法的实施细节。Lovat等评述了当前测量磁链特性的几种方法。Ray等探讨了模拟运算电路监测磁链的方法，但要求电路中的电阻参数与绕组的电阻值精确匹配。Ferrero、Walivadekar、Ramanarayanan等研究了采用数值积分估计绕组磁链的方法。VirendraKumarSharma总结了以上方法的优缺点，提出了铅酸电池励磁的磁链特性测量方法。随着数字处理技术的进步，基于示波器、DSP和PC机等工具的磁链特性数字检测法也得到了广泛的研究和应用。文献[1]借助于数字示波器和PC机进行电压电流采集计算磁链；文献[2]以Labview为控制核心进行数据采集和磁链计算，该方法具有操作简单、显示直观的特点。国内的詹琼华和许镇琳也分别在基于检测绕组和DSP的磁链特性实验检测方面作了研究。除了实验方法以外，磁链特性检测还可以使用计算机软件辅助分析，如有限元分析方法。有限元分析作为电机设计中的重要手段，可以和实验检测相互对照，对电机优化设计和控制都有重要作用。本文在分析总结多位学者在开关磁阻电机磁链特性检测方法的基础上，建立了基于DSP芯片TMS320F2812SRM磁链检测系统，利用ADC模块实时采集不同转子位置的电压、电流信号，将数据传送到上位机，根据间接磁链测量原理，由数字离散方法计算磁链值，得到SRM磁链电流特性曲线，建立了SRM磁链－转子位置－电流模型。2SRM磁链特性测量原理磁链特性的精度对于SRM无位置传感器转子位置的估计至关重要，国内外许多专家在实验的基础上提出了各种测量磁链特性的方法，其中最常用的一种算法为阶跃电压法。在相绕组通电之前，绕组中无电流流过，认为初始磁链值为零，然后给相绕组突加阶跃电压，电流逐渐上升达到稳定值，磁链值也逐渐增加，检测电流上升过程中的电压电流值即可计算出磁链。(1)该方法不必检测初始磁链值，只需要保证绕组充分放电完成就可以认为初始磁链值为零。磁链的计算采用数值方法，数值方法对相电流信号和相电压信号进行离散采样，借助计算机，通过数值计算方法求出各个时刻的磁链值。(2)3SRM磁链检测系统概述基于DSP的SR电动机磁链检测装置如图1所示。DSP是整个系统的控制核心，PWM单元为功率开关S1提供开通信号，ADC单元在绕组通电后由霍尔电压和电流传感器实时采样相绕组端电压和电流值，SCI单元将采集到的电压电流数据传送到上位机，DSP芯片TMS320F2812时钟频率为150MHz，运行速度快，支持多组中断，在数据采集和电机控制系统有广泛应用。实验样机为四相8/6极SR电动机，额定功率PN=1.5kW，额定转速nN=1500r/min，额定电压U=48V，定子电阻r=0.23Ω。利用DSP芯片TMS320F2812进行电压、电流采样，采样数据传到上位机处理。图1基于DSP的开关磁阻电机磁链检测系统8/6极SR电机转子极距角为60°，由于对称性，只测量定转子极对极位置到凸极对凹槽位置之间30°特性曲线，设定子凸极和转子凹槽对齐位置为零度，每隔5°进行一组电压电流采样。4实验步骤SRM和机械夹紧装置固定在同一工作台上，当转子通过机械夹紧装置固定在某一位置后，DSP的PWM单元发出导通信号，绕组中电流逐渐上升，绕组一端串有大功率小阻值电阻，限制绕组电流上升速度和最大值。测量时遵循以下步骤：(1)给SRM一相绕组通一小电流，使电机位于平衡位置，机械夹紧装置将电机固定在此位置，作为测试起点；(2)闭合开关S，给电容C充电，使其两端电压达到24V，断开开关S；(3)DSP输出PWM信号导通功率开关S1，电容两端电压加到相绕组上，ADC单元采样放电过程绕组电压，电流瞬时值，并暂存在数据存储区，采样完成关断S1，SCI单元将数据发送到上位机；(4)绕组充分放电后(保证初始磁链ψ(0)=0)，在同一位置采样多组数据；(5)松开夹紧装置，将转子位置转过5°，再将转子夹紧，重复(2)-(4)步骤；(6)采样完成，根据式(2)对采样的电压和电流信号滤波和计算，绘制不同转子位置下的磁链特性曲线。DSP的EV单元通用定时器3的周期寄存器T3PR值设置电机绕组通电周期，通