开关磁阻电动机高性能控制系统的毕业设计.doc

开关磁阻电动机高性能控制系统的毕业设计 目　　录 第一章　绪论 1 1.1 引言 1 1.2 运动控制发展概述 1 1.3 开关磁阻电机的研究概况及发展方向 2 1.3.1开关磁阻电机的研究概况 2 1.3.2SR电机的控制策略综述 3 1.4 研究的主要内容和目标 4 第二章 SR电机调速系统 5 2.1 开关磁阻电动机调速系统的基本结构、特点及基本原理 5 2.1.1SRD的基本结构 5 2.1.2SR电机的工作原理 6 2.1.3SRD系统的结构与性能特点 7 2.2 开关磁阻电机的数学模型 8 2.2.1开关磁阻电机的数学模型 8 2.2.2数学模型的求解方法 9 2.3 开关磁阻电机工作的基本分析 10 2.3.1电感与转子位置角的关系 10 2.3.2电磁转矩的分析 11 2.3.4转速的控制 12 2.4 开关磁阻电机的控制方式 13 2.4.1电流斩波控制 13 2.4.2角度控制 13 2.4.3电压斩波控制 14 2.4.4 各控制方式的特点 14 第三章 SRD新型控制策略的研究 16 3.1 SR电机的直接转矩控制 16 3.1.1直接转矩控制原理 16 3.1.2仿真研究 19 3.2.1开关磁阻电动机的微步控制 23 3.2.2微步控制策略的实现 26 3.2.3 仿真分析 26 3.2.4 结论 27 第四章　基于DSP的SRM控制系统设计 28 4.1 基于DSP的SRD控制系统硬件设计 28 4.1.1DSP的结构与特点 28 4.1.2位置检测及换相逻辑 28 4.1.3PWM输出电路 29 4.1.4电流检测与斩波电路 29 4.1.5键盘、显示电路 30 4.2 电路的保护及抗干扰设计 31 4.2.1屏蔽技术 32 4.2.2电路板的抗干扰设计 32 4.3 基于DSP的SRM控制软件的设计 32 4.3.1主程序设计 33 4.3.2速度检测子程序 35 4.3.3故障处理子程序 36 4.4 SRD实验系统及实验结果 37 第五章 结论 38 参考文献 39 致 谢 40 第一章　绪论 1.1 引言 开关磁阻电机调速系统(Switched Reluctance Motor Drive，简称SRD)，是继异步电动机变频调速系统和直流电动机调速系统之后，又一极具发展潜力的新型调速系统。它集开关磁阻电动机(Switched Reluctance Motor，简称SRM)、电力电子技术和控制技术为一体，它不仅保持了交流异步电动机的机构简单、坚固可靠和直流电动机可控性好的优点，而且还具有价格低、效率高、适应力强等优点，显示出广阔的应用前景。 SRM作为SRD中的重要组成部分，是在磁阻电动机的基础上发展起来的一种高性能机电一体化的产品。它具有开关性和磁阻性两个基本特征。从结构上看开关磁阻电机定转子均采用双凸极结构，定子上有集中绕组，转子无绕组，也无永磁体。因此具有结构简单、坚固、工作可靠、维修方便等优点。另外，电机在一相或多相缺相的情况下仍可以运行使得它可以应用于恶劣的工业环境中。SRM控制灵活，采用不同的控制方式，可以得到不同负载要求的机械特性，很容易实现四象限运行和软启动等要求。采用合理的控制策略，由SR人理组成的SRD系统的效率和出力能在很宽的速度和负载范围内都能维持较高的运行特性。 然而，由于开关磁阻电机的双凸极结构，不能采用传统的AC电机波形来作为输入激励，从而不能应用AC电机很成熟的旋转磁场理论。而且，电机的输出转矩不平滑，必须采用适当的控制策略来消除转矩脉动。另外由于磁通的复杂分布使得电机的控制很复杂。电机不同相间的非线性祸合及电机参数的改变更增加了控制的复杂程度。只有从调速系统的总体性能指标出发，通过采取优化的控制策略，才能逐步解决这些问题[1]。 1.2 运动控制发展概述 运动控制是一门综合性、多学科的交叉技术。它的主要研究内容是机械运动过程中涉及的力学、机械学、动力驱动、运动参数检测和控制等方面的理论和技术问题。随着科学技术的不断发展，尤其是电力电技术的进步，微机技术的应用和新型控制策略的出现。今天的运动控制发展成为了根据预定方案及复杂环境，将计算机做出的决策命令变为某种期望的机械运动的系统控制。运动控制系统使被控机械运动实现精确的位置控制、速度控制、加速度控制、转矩或力的控制，以及这些被控机械量的综合控制。典型的运动控制系统有运输机械、数控机床、机器人等，这些系统是力学、机械、材料、电工、电子、计算机、信息和自动化等科学和技术领域的总和。 运动控制系统中，精确的位置、速度、加速度乃至力矩的控制土要通过电动机、驱动器、反馈装置、运动控制器、主控制器(如计算机和可编程控制器)来实现。随着微电子技术渗透到运动控制系统的各个环节并成为其控制技术的核