基于DSP的开关磁阻电机控制系统研究

论文摘要

开关磁阻电动机调速系统是20世纪80年代迅猛发展起来的一种新型电机调速系统。它是随着微电子技术、电力电子技术、控制技术和现代计算机技术的发展而发展起来的。它具有结构简单、运行可靠、控制灵活及效率高等突出优点,有极其优良的性能和广泛的应用前景。目前,它已经应用在家用电器、交通、一般工业、航空等诸多领域,被认为是最具发展潜力的一种电力驱动系统。由于开关磁阻电动机自身的结构及运行特点,它的特性和控制方式与传统电机存在明显的不同,同时也存在着一系列的问题需要解决。本文从开关磁阻电动机调速系统的建模和控制两个方面对其进行了理论和应用研究。开关磁阻电动机磁路存在着严重的饱和非线性,且是周期性变化的,难以建立参数化、解析化的数学模型。本文在一定的假设条件下,利用其线性模型,建立了一种基于Matlab/Simulink的开关磁阻电动机调速系统仿真模型,并分别在电流斩波和角度位置控制方式下得到了开关磁阻电动机的相电感、相电流、相转矩、合成转矩和磁链等波形,验证了模型的准确性,并对此进行了开关磁阻电动机特性分析,提出了SR电动机可控参数,为进一步开关磁阻电动机控制方式的实现奠定了基础。与传统直、交流电机相比,开关磁阻电动机的一个最突出的缺点是其驱动系统转矩脉动比较严重。为此,论文提出了一种基于微步控制理论的开关磁阻电动机转矩控制方案,并设计了以TMS320LF2407A数字处理器为控制核心的开关磁阻电动机驱动控制系统,该控制系统简单、可靠,有效地减小了转矩脉动,具有很好的应用价值。理论分析和仿真结果表明,它能够有效地控制开关磁阻电动机相转矩按期望的相转矩进行变化,从而削弱开关磁阻电动机转矩脉动,减少噪声。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 引言
• 1.2 SR电动机调速系统研究概况及发展方向
• 1.2.1 SRD的国内外研究概况
• 1.2.2 SRD的发展方向
• 1.3 本论文的研究内容
• 2 开关磁阻电动机的数学模型
• 2.1 SRM基本结构和工作原理
• 2.2 SR电动机的基本方程
• 2.3 SRM调速系统的特点
• 2.4 SR电动机的模型
• 2.4.1 SR建模常用的方法
• 2.4.2 理想线性SRM模型
• 2.4.3 基于线性模型的SR电动机绕组磁链波形
• 2.4.4 基于线性模型的SR电动机绕组电流解析
• 2.4.5 基于线性模型的SR电动机电磁转矩解析
• 2.4.6 基于线性模型的SR电动机转速控制
• 3 SRD控制系统仿真分析
• 3.1 SRD线性仿真模型
• 3.1.1 角度位置（APC）控制方式特性分析
• 3.1.2 电流斩波（CCC）控制方式特性分析
• 3.2 SRD准线性仿真模型
• 3.3 微步控制理论
• 3.3.1 微步控制理论的提出
• 3.3.2 开关磁阻电动机矩角特性
• 3.3.3 SRM微步控制原理
• 3.3.4 微步控制在SRD系统中的实现
• 4 SRD系统硬件设计
• 4.1 TMS320LF2407A数字信号处理器
• 4.2 位置检测电路
• 4.3 功率变换器电路
• 4.3.1 主开关器件选择及参数计算
• 4.3.2 主开关管驱动电路设计
• 4.3.3 IGBT的保护
• 4.4 电流检测电路
• 4.5 转速显示电路
• 4.6 SRD系统实物图
• 5 SRD系统软件设计
• 5.1 初始化程序
• 5.2 主循环程序
• 5.2.1 转速计算
• 5.2.2 转速显示
• 5.3 定时中断程序
• 5.3.1 电流控制
• 5.3.2 转速控制
• 5.3.3 位置计算
• 5.3.4 转矩电流变换
• 5.4 捕获中断程序
• 6 总结和展望
• 7 参考文献
• 8 功读硕士学位期间发表论文情况
• 9 致谢