开关磁阻电动机调速性能研究

论文摘要

开关磁阻电动机调速系统(Switched Reluctance Motor Drive,简称SRD)作为一种新型的调速系统,它以其优良的调速性能日益收到人们的关注,已成为当今的热门研究课题之一。本文以一台0.75KW的四相8/6极开关磁阻电动机为研究对象,完成调速系统的研究与设计。论文首先介绍了开关磁阻电机调速系统的国内外的研究现状,对该系统的基本结构、工作原理和特点进行了阐述。在其理想线性模型的基础上,分析了电机绕组磁链、绕组电流、转矩等参数,总结出了影响各个参数的因素,最后提出了针对本系统的控制方式。本系统功率变换主电路采用分裂式直流功率变换器结构,主开关器件选择MOSFET,驱动电路选择IR2110模块,系统控制器芯片选择TI公司的TMS320F2812,在对有关参数分析、计算的基础上,设计了外围硬件检测、保护、控制等电路。本系统硬件控制器充分利用了TMS320F2812的资源、使系统结构紧凑、可靠性高。本系统的控制软件设计在Keil C的开发环境下采用C语言完成系统各功能函数的编译和调试工作,控制算法采用传统PID控制,并且对模糊自整定PID算法进行了研究,通过在Matlab/Simulink环境下进行仿真验证,其效果确实优于传统的PID算法。实验结果表明本系统设计合理,控制策略和控制算法正确,系统运行可靠稳定,达到了指标要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 SR 电机的发展现状
• 1.2 SRD 系统的特点和发展趋势
• 1.2.1 SRD 系统的特点
• 1.2.2 SRD 系统的发展趋势
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.4 本文主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 2 开关磁阻电机的基本理论
• 2.1 SR 电机的结构与工作原理
• 2.2 SR 电机的数学模型
• 2.3 SR 电机的简化线性模型
• 2.4 SR 电机的线性化分析
• 2.4.1 基于线性模型的SR 电机绕组磁链分析
• 2.4.2 基于线性模型的SR 电机绕组电流分析
• 2.4.3 基于线性模型的SR 电机电磁转矩分析
• 2.5 本章小结
• 3 开关磁阻电机的控制方式
• 3.1 SR 电机的基本控制方式
• 3.1.1 角度位置控制
• 3.1.2 电流斩波控制
• 3.1.3 电压斩波PWM 控制
• 3.2 开关磁阻电机起动过程分析
• 3.3 开关磁阻电机运行噪声分析
• 3.4 本系统控制方式的确定
• 3.5 本章小结
• 4 SRD 系统功率变换器的分析与设计
• 4.1 概述
• 4.2 分裂式直流电源功率变换器分析
• 4.3 功率变换器的MATLAB/SIMULINK 仿真
• 4.3.1 MATLAB/SIMULINK 简介
• 4.3.2 分裂式直流电源功率变换器SIMULINK 仿真
• 4.4 元器件定额及选型
• 4.5 本章小结
• 5 SRD 系统控制器硬件设计
• 5.1 控制器CPU 选择和系统结构
• 5.2 转子位置检测电路
• 5.3 角度倍频电路
• 5.4 绕组电流检测电路
• 5.5 驱动电路
• 5.6 过流保护电路
• 5.7 本章小结
• 6 开关磁阻电机调速系统软件设计
• 6.1 各主要模块主要程序编写
• 6.1.1 主程序
• 6.1.2 初始化子程序
• 6.1.3 启动子程序
• 6.1.4 转速测量子程序
• 6.1.5 相绕组电流采集子程序
• 6.1.6 起动失败处理与过载处理子程序
• 6.1.7 斩波、单脉冲换相中断服务子程序
• 6.1.8 键盘中断服务子程序
• 6.2 控制算法的实现
• 6.3 PID 控制算法
• 6.4 模糊自整定PID 控制算法
• 6.4.1 模糊化接口设计
• 6.4.2 模糊推理设计
• 6.4.3 解模糊接口设计
• 6.5 模糊自整定PID 算法的仿真验证
• 6.6 本章小结
• 7 结论
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录