基于CPLD的高尔夫球车开关磁阻电机纯硬件控制

论文摘要

开关型磁阻电动机驱动系统（Switched Reluctance Motor，简称SR电动机）是20世纪80年代迅猛发展起来的一种新型调速电机驱动系统。它的结构极其简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，而且在整个调速范围内都具有较高的效率，系统可靠性高，是各国研究和开发的热点之一，同样开关磁阻电机作为一种新型的直流发电系统也具有很大的应用潜力。本课题的目标是构建一种基于CPLD的高尔夫球车开关磁阻电机纯硬件控制系统。该系统采用一台1KW 6／4结构开关磁阻电机样机作为机电能量转换装置，采用EP1K30TC144-3型CPLD（复杂可编程逻辑器件）和其他电路构成纯硬件数字控制器，可实现高尔夫球车的电动、发电等一体化功能。本文首先介绍了开关磁阻电机调速系统（SRD）的构成及其在国际国内的发展状况，并对开关磁阻电动机的特点和电磁原理进行了阐述，分析了其绕组电流在不同阶段的变化情况以及转矩、功率公式。通过以上对开关磁阻电机的简介以及其特性的介绍，以CPLD器件EP1K30TC144-3为基础，设计了角度位置调节电路，通过与外围模拟电路的搭配实现对开关磁阻电机的控制。在控制策略上，低速电动时采用电流斩波控制CCC方式，高速电动时采用角度位置控制APC方式，发电制动时则采用固定角度的CCC发电控制方式。文章详细介绍了开关磁阻电机工作在各种状态的原理。通过GW48系列SOC／SOPC实验开发板系统与6／4相的开关磁阻电机进行实验。实验结果表明，本文提出的高尔夫球车开关磁阻电机纯硬件控制系统在实践上是可行的，基于CPLD的纯硬件控制器可获得优良的控制效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 开关磁阻电机发展简介
• 1.2 开关磁阻电机系统的结构与性能特点
• 1.3 课题研究背景与意义
• 1.4 本文主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 开关磁阻电机结构与数学模型
• 2.1 开关磁阻电动机的结构与工作原理图
• 2.2 开关磁阻电机的基本方程式
• 2.2.1 电动势平衡方程
• 2.2.2 机械方程
• 2.2.3 机电联系方程
• 2.3 SR电机的数学模型
• 2.3.1 电感特性
• 2.3.2 磁链特性
• 2.3.3 电流分析
• 2.3.4 转矩特性
• 2.4 本章小结
• 第三章 开关磁阻电机的控制方式
• 3.1 角度位置控制方式
• 3.2 电流斩波控制（CCC）
• 3.3 电压PWM控制
• 3.4 本章小结
• 第四章 CPLD简介以及仿真软件介绍
• 4.1 PLD器件的发展概况
• 4.2 CPLD/FPGA的设计开发
• 4.3 VHDL编程简介
• 4.3.1 VHDL的结构
• 4.3.2 VHDL语言基本要素
• 4.4 VHDL仿真软件简介
• 4.4.1 MAX+plusⅡ基本功能
• 4.4.2 MAX+plusⅡ的设计过程
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统控制硬件与控制策略
• 5.1 功率变换器电路以及器件的选择
• 5.2 信号检测
• 5.2.1 位置信号检测
• 5.2.2 电流检测
• 5.2.3 电压检测
• 5.3 PI调节电路
• 5.4 信号比较电路
• 5.5 V/F变换电路
• 5.6 F/V变换电路
• 5.7 本章小结
• 第六章 CPLD控制的实现
• 6.1 主电路
• 6.2 控制器
• 6.3 控制方式
• 6.3.1 低速电动状态
• 6.3.2 发电状态
• 6.3.3 高速电动状态
• 6.4 CPLD设计与仿真
• 6.4.1 角度调节电路设计与仿真
• 6.4.2 CCC控制方式
• 6.4.3 APC控制方式
• 6.5 实验结果
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表论文