小功率宽调速范围开关磁阻电机控制系统设计

以四相8/6极、5.5kw开关磁阻电机为研究对象,以tms320f240型dsp为控制器核心,采用最少开关器件的功率变换器主电路,主功率开关器件选用igbt,设计了一种结构简单、性能可靠的开关磁阻电机调速系统。实验表明该系统运行稳定可靠,调速性能优良。

以一台三相12/8结构开关磁阻电机(srm)为对象,设计了一套基于dspic30f2010数字信号控制器(dsc)的电动车用srm控制系统,根据电动车的性能指标给出了系统的功率变换器、控制策略和软硬件设计,最后进行了装车试验。试验表明该系统运行可靠,性能优良。

开关磁阻电机(srm)由于其显著的特点而得到业界广泛关注。但实际应用中,srm所占市场份额不多。主要原因是几乎所有的功率器件集成模块都是基于变频器主电路研发和制造的,srm专用的功率集成模块几乎没有,srm主电路简单的优势体现不出来。研究基于单个功率模块的srm系统,分析其工作模式、换相情况及应用场合。采用单个功率模块,其驱动和控制电路在价格上与变频器相当,为srm的广泛应用提供了强有力的支持。仿真和试验结果验证了理论分析的正确性和实用性。

介绍了单神经元自适应pid算法原理,提出了以单神经元自适应pid控制算法为核心的四相8/6极开关磁阻电机调速系统设计。以mcs80c196kc单片机作为控制器,对调速系统的硬件电路和软件部分进行了设计,实现了单神经元pid自适应控制算法在开关磁阻电机调速中的应用。实验证明,该控制算法有助于改善开关磁阻电机的调速性能。

i 开关磁阻电机调速系统设计 摘要 开关磁阻电动机调速系统（switchedreluctncedrive，简称srd）是由开关磁阻电动 机、电力电子开关电路及驱动控制部分组成的高性能调速系统。开关磁阻电机具有结构简 单坚固、成本低、容错能力强、调速范围宽、低速转矩大、起动电流小、转速精度高、耐 高温、可频繁起动制动等优点，又在高度发展的电力电子和微机控制技术的支持下获得了 良好的可控性能。因此，开关磁阻电机在驱动调速领域得到了广泛的应用。 本文首先介绍了课题研究背景和意义。给出了开关磁阻电机控制系统的组成、运行原 理和控制方式。给出了开关磁阻电机的控制策略。在matlab/simulink交互式仿真集成环 境下，对开关磁阻控制系统进行了建模、仿真及分析。接着，给出了开关磁阻控制系统的 硬件、软件设计方案。主要包括：dsptms320lf2407最小系统、位置检测电路、电

开关磁阻电机调速系统仿真设计 摘要：开关磁阻电机（srm）的模型是进行srm的仿真和性能 预测、控制算法设计等研究的基础。该项目所用500?w电机模型是 在matlab平台下基于srm的物理特性所建立的srm查找表模 型，并基于该模型，建立了srm仿真系统。 关键词：开关磁阻电机模型仿真系统srm 1开关磁阻电机的建模问题 开关磁阻电机的非线性使其性能的精确分析和计算较为困难。由 于srm电机的定、转子采用双凸极结构，电动机在运行时其定、转 子极身存在着显著的边缘效应和高度局部饱和，从而引起了整个磁路 的高度非线性，其每相绕组的电感是电流和电动机转子位置角的非线 性函数，很难准确建立srm电机的非线性电感模型，因此如何建立 比较精确的srm电机的数学模型，是国内外广大学者一直研究的问 题。 2srm模型数据的获取 目前，关于srm电

本文以四相8/6极开关磁阻电动机作为执行器设计了一种新型阀门控制系统,实现了阀门开度控制、远程通讯、人机交互等功能。控制系统采用两片avr单片机作为核心处理器,以一片atmega88为主控芯片,以一片atmega48为从控制芯片,以铁电存储器为媒介实现两单片机之间的数据传送。采用位移-转速-电流三闭环控制策略,采用模块化编程方法,设计了控制软件。最后给出了阀门开度变化时执行电动机的速度曲线,很好地满足了准确定位的要求。

采用了直接瞬时转矩控制(ditc)方法来抑制开关磁阻电机(srm)的转矩脉动。介绍了ditc方法的控制原理,据此设计了不同导通区间内的转矩滞环控制器,并进行了仿真研究。仿真结果表明,ditc方法能够按预定的要求将转矩波动范围控制在滞环限内,在调速阶段能够快速跟踪和准确地控制转矩,转矩波形明显优于传统电流斩波控制下的转矩波形,证明了所设计的ditc方法能够有效提升srm动、静态工作过程中的转矩性能。

在简要介绍和分析开关磁阻电机调速系统(srd)的各个组成部分的基础上,在matlab/simulink中,分别构建了各个部分的仿真模型,并介绍了模块的功能及工作原理。将每个仿真模型连接构成srd的系统仿真模型。系统采用双闭环控制:速度环采用pi控制,电流环采用角度位置控制与电流斩波控制相结合的方法,保证了开关磁阻电机(srm)在低速或高速运行时都可获得满意的性能。仿真结果证明了pi调节的无偏差速度调节的有效性。

开关磁阻调速电动机系统(srd)是70年代开始研制,80年代逐步发展起来的一种新颖机电一体化驱动设备,其性能优越,发展前景广阔。本文以所开发的sr71-8/6(250w)样机为基础,比较系统地研究了pwm调压调速型开关磁阻电动机原理,对所开创的一种-7.5°～22.5°的相绕组导通控制模式进行了详细分析,并给出了相应的仿真和实践结果。

介绍了以tms320f2407芯片为核心的高性能数字化srd控制器的设计,给出了硬件电路设计和软件设计策略,并对其中功率变换器的设计、驱动电路设计给出了详细说明。本系统具有良好的调速性能和控制特性。

针对开关磁阻电机控制器采用分立功率元件外围驱动电路复杂,可靠性较低的状况,本控制器系统功率变换器采用基于智能功率模块的"h"桥式主电路,与采用分立的功率器件相比,硬件电路更为简单可靠,改善了电机工作性能.同时,电机在低速和中速阶段采用不同的斩波模式,改善了电机运行效果.在调速控制方法上采用转速外环,电流内环的双闭环pi控制方式,并在此基础上结合一台1.5kw的四相8/6极sr电动机展开驱动控制系统的设计,实现了电机的双相绕组同时通电的稳定运行和良好调速效果.

五相开关磁阻电机(srm)相对于常用的三相、四相srm来说其技术难度较大,但转矩波动更小,运行更加平稳。结合近期实际研制的一种1.1kw五相srm调速系统(以下简称1.1kw系统)阐述了设计和实现时的一些要点。实际应用证明该系统收到了良好的经济效益。

分析了开关磁阻电机的数学模型,在matlab/simulink环境下建立了相绕组数学模型、电流置换比较环节、功率变换电路模型,结合这几个模块在电流斩波控制阶段,做了低速重载仿真分析。仿真分析证明此方法的适用性,为sr电机调速系统的分析和设计提供了一种方法。

1 摘要 随着自动控制技术与计算机科学技术的快速发展，制造业领域已大量采用计算 机技术进行自动控制，这使制造业各个领域的成果，效率和质量得到大幅度提高。 各种微机控制系统在基本构造上是类同的，主要由微机控制器，被控对象与接口电 路（输入，输出及驱动接口电路）组成。根据被控对象的不同，微机控制系统又分 为闭环控制系统（反馈控制输出信号的大小）与开环控制系统，学好“计算机课程 设计”是掌握微机控制系统原理与技术的基础；而“直流伺服电机控制系统设计” 是巩固，深化，掌握本门课程知识不可缺少的重要环节。 通过本次课程设计加深对《计算机控制技术》的理解和掌握。在设计程序的过 程中，广泛的查阅相关资料，如各类中断的作用和调用方式,屏幕显示等等，通过 实践来加深对理论知识的理解，同时将自己对这门技术的理解应用在电动机控制的 设计当中，理论与实践相互融合、相互促进，提高自己的理论水平和实践能力。 直

针对开关磁阻电机调速系统的开关器件在工作过程中,会产生大的电磁干扰和大的功率损耗问题,提出了一种基于新型电容分压并联谐振直流环的功率变换电路拓扑。该电路是在传统的硬开关不对称逆变桥的各开关器件上并联缓冲电容,实现对相开关的零电压关断;同时,在直流母线上加入一个由二个电感与一个电容为主要组成元件的谐振环,通过对此谐振环中谐振开关的合理控制,即可实现对相开关的零电压开通及对谐振开关的零电流或零电压软通断。通过对功率电路工作原理和动作模式过程的分析,得出需满足的软开关条件。具有此谐振环的软开关变换器,有效区间大、功率损耗小,因而提高了开关磁阻电机调速系统的效率和性能。用matlab仿真实验验证了此电路的正确性与有效性。

开关磁阻电机是由功率变换器电路、双凸极磁阻电机及其控制器组成的新型机电一体化调速电动机系统,其性能优越,发展前景广阔。

建立了开关磁阻电机(srm)的动态非线性数学模型,采用转速环和电流环双环控制方式对开关磁阻电机的转速进行控制。针对srm非线性的特点设计了复合模糊控制器,实现对开关磁阻电机转速良好的控制。复合模糊控制由常规的比例积分(pi)控制器和模糊型的pi控制器组成。瞬态时采用模糊型的pi控制器以提高系统的响应速度,稳态时采用常规的pi控制器以减小系统的稳态误差。基于本文所建立的模型对一台四相8/6结构的开关磁阻电机进行了仿真。仿真结果表明本文所提出的srm驱动系统中的复合模糊控制器具有快速跟踪能力,稳态误差较小并且有很强的鲁棒性。

开关磁阻电机(srm)的模型是进行srm的仿真和性能预测、控制算法设计等研究的基础。该项目所用500w电机模型是在matlab平台下基于srm的物理特性所建立的srm查找表模型,并基于该模型,建立了srm仿真系统。

通过结合开关磁阻电机调速系统的两种控制方式——电流斩波控制和角度位置控制,在matlab/simulink的环境下建立仿真模型,使得开关磁阻电机的转速能在0~10000r/min的宽范围内进行平滑调节。仿真结果表明,该仿真模型设计较为合理,对转速的调节能够达到预期效果。

开关磁阻电动机调速系统（switchedrelcutancemotordrive，简称srd）是由开关磁阻电机，电力电子开关电路及驱动控制部分组成的高性能调速系统。相对于直流调速系统和pwm变频调速系统，开关磁阻电机调速系统综合性能优越，在实际应用中取得了较好的运行效果和显著的经济效益。本文以80c196kc单片机为数字控制器核心，进行了系统控制器的硬件设计，并给出了硬件电路原理示意图：包括单片机及附属电路、键盘与显示电路、位置检测电路、功率变换器电路的示意图；

为了提高矿用机车在复杂煤矿井下的工作性能和效率,提出了直接瞬时转矩控制(ditc)与径向基神经网络rbf-pid结合的控制算法.建立srm控制系统的simulink仿真模型,仿真结果表明:该方法不仅能够实现传统pid控制参数整定、响应速度快、控制精度高等优点,且具有较强的自适应性、鲁棒性和抗干扰能力.