零构置传感器的纯数控型按钮磁化电机带动体系

表实验电机的设计参数额定功率

150W 额定电压 36V 额定转速 3600r/min 定子极弧 33

转子极弧

34 绕组电阻 0.8742 绕组最大电感 0.004889H 绕组最小电感 0.0004718H3.2 半桥式

主电路与电流和电压采样功率变换器采用每相含两个主开关管的主电路，并含有电压电流
采样电路。由于对整个系统体积和成本的要求，而且系统本身电压、电流等级不高，所以主
电路中主开关管采用电压、电流等级较低的

MOSFET 开关管，电压电流采样采用精密电阻

代替电压、电流传感器，整个主电路结构如所示。
　　含采样电阻的主电路为了减少电流波动与转矩脉动，控制器中采用能量非回馈式斩波
因此，电流采样电阻放在如所示每相桥臂开关管与地之间，对每相绕组而言，既可记录开
通时电流值，也可记录斩波时电流值，电流采样准确可靠，实时性强，这对电流控制和间
接位置检测都是十分重要的。
　　数字电流控制策略

SRM 目前常用的电流控制方法是模拟滞环控制，采用这种控制方式

在理论上是基于

SRM 的理想电流波形接近方波，但实际上这种控制方式的斩波频率不稳定，

使控制器硬件线路复杂，可靠性和灵活性都不够好，从而对电机的转矩脉动、噪声、整个系
统性能和成本都有很大影响。
　　由于

TMS320F240 中集成了 PWM 脉冲发生单元，只需几条指令就可以得到任意脉宽

和任意频率的

PWM 触发脉冲，因此，本文中采用了在 PWM 技术基础上恒定斩波频率变

脉宽的数字电流闭环控制。其基本策略是根据前采样周期中采样电流与参考电流的差值来确
定下一周期的

PWM 脉冲的导通占空比。由于 SRM 不同于一般的线性控制对象，是一个多

变量、非线性的系统，尤其是当电感随位置、电流大小的变化而变化时，电机的电磁关系十
分复杂，因此，这些问题对电流进行瞬时控制时就更加明显的表现出来，而

PID 调节控制

是一种经典的主要针对线性系统的控制方式，用在

SRM 的瞬时电流控制是难以获得理想效

果的

<4>，如所示。

　　瞬时电流

PID 控制本文中采用电流跟踪控制，如果当前周期参考电流与采样电流的偏

差小于零，则立即关断相应主开关，反之，则立即开通相应主开关，故又叫

BANGBANG

控制。其实验电流波形如所示，能准确逼近电流目标值，斩波频率高而稳定，有利于电机的
高效与低噪。
　　起动时初始位置检测方案由于电机没有位置传感器，因此就无法直接得到起动时转子
的初始位置和运行时的关断、开通位置，需要通过一定的间接位置检测技术来得到。在系统
检测到起动信号后，将对三相绕组分别通低幅测试脉冲，得到一定的测试电流峰值，由于
转子静止，如果忽略绕组电阻，则测试电流峰值与绕组电感成反比

<3>，三相测试电流峰

值分别代表各相绕组电感，则可以得到转子的初始位置。由于检测转子初始位置的目的是为
了防止电机反转起动，，因此，在实际算法中只要检测出当前转子位置处于哪一相的电感
上升区，确定该相为起动初始导通相即可。以

A 相定子极对转子极处为的零点位置为例，

转动电机转子，同时循环执行初始位置检测算法，记录算法结果，从而得到转子位置对应
初始导通相的实测曲线如所示。
　　运行时换相位置检测方案由于间接位置检测能够使整个系统结构更加坚固，运行更加
可靠、高效，成本更加低廉，因此，各国学者对这一问题已从各种角度作了大量的研究，提
出了多种解决方案

<4>，但是实际效果并不令人满意。

　　本文为了提高算法的适用速度，在电机单相轮流导通和电流

PWM 控制的前提下，根

据磁链、位置和电流关系判断转子位置的磁链法

<5>进行了一定的简化。由于单相轮流导通，

当前相的关断点就是下一相的开通点，因此，只需检测转子是否达到换相位置。在硬件方面