開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)論文

1、青島理工大學自動化工程學院開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)的研究摘要開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)融開關(guān)型磁阻電機、現(xiàn)代電力電子技術(shù)和控制技術(shù)于一體，開關(guān)磁阻電機本身具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固、可靠性高等優(yōu)點，由其構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)具有控制靈活、調(diào)速性能好、運行效率高等優(yōu)點，在調(diào)速領(lǐng)域顯示了其獨特的優(yōu)越性，并已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應用。本文以7.5KW四相86極開關(guān)磁阻電機為研究對象，對其構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)進行研究，主要完成了以下幾個方面的工作：首先，研究了開關(guān)磁阻電機的工作原理與數(shù)學模型，分析了常用的三種控制方法：電流斬波控制、角度位置控制和電壓斬波控制，在此基礎(chǔ)上確定了本系統(tǒng)的控制方案為：起動和低速運行時采用電流斬波與電壓

2、PWM斬波相結(jié)合的控制方式，高速運行時采用變角度與電壓PWM斬波相結(jié)合的控制方式。其次，設(shè)計了基于DSP28x系列的開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)的硬件電路，包括功率變換器主電路和控制器硬件電路。功率變換器以智能功率模塊IPM為主開關(guān)器件，采用H橋型主電路結(jié)構(gòu)?？刂破饔布娐穼崿F(xiàn)了轉(zhuǎn)子位置檢測、相電流和直流側(cè)電壓檢測、電流上下限斬波、轉(zhuǎn)速給定、控制信號輸入、邏輯綜合、與上位機通訊和顯示等功能。最后，在控制器硬件的基礎(chǔ)上，根據(jù)控制方案的要求，完成了控制軟件的設(shè)計和編寫?？刂栖浖捎媚K化編程，提高了程序的通用性和可讀性。聯(lián)合調(diào)試控制器的硬件和軟件，DSP綜合相通斷信號、電流斬波信號、電壓PWM信號和角度控

3、制信號，產(chǎn)生功率電路的驅(qū)動信號，實現(xiàn)了開關(guān)磁阻電機的換相邏輯控制、電流斬波控制、變角度控制、轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)速計算及顯示等功能；并利用實驗裝置進行了開關(guān)磁阻電機的空載和負載實驗，給出了實驗波形，并作了相應分析。實驗結(jié)果表明，開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能良好。關(guān)鍵詞:開關(guān)磁阻電機;調(diào)速系統(tǒng)；角度控制一、開關(guān)磁阻電機的發(fā)展概況開關(guān)磁阻電機的基本結(jié)構(gòu)和基本原理的提出可追溯到19世紀40年代，但是直到20世紀60年代，隨著大功率晶閘管投入使用，開關(guān)磁阻電機的理論砌究和實際應用才得到了迅速發(fā)展。70年代初，美國福特公司研制出最早的開關(guān)磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)，其結(jié)核為軸向氣隙電動機、具有電動機和發(fā)

4、電機運行狀態(tài)和較寬范圍調(diào)速的能力，適合于蓄電池供電的電動車輛的傳動。近年來，國內(nèi)已有一大批高校、研究所和工廠投入到SRD的研究、開發(fā)和制造工作中，研制目標基本都集中在較為成熟的三相或四相電機的控制方案上，至今已有十余家單位推出不同性能、不同用途的幾十個系列規(guī)格產(chǎn)品，應用于紡織、冶金、機械、運輸?shù)刃袠I(yè)中?，F(xiàn)在，國內(nèi)對開關(guān)磁阻電機接受和感興趣的程度逐年上升，形成理論研究與實際應用并重的發(fā)展勢態(tài)。目前，開關(guān)磁阻電機已經(jīng)得到了很大的發(fā)展，產(chǎn)品已經(jīng)廣泛地應用于電動車驅(qū)動系統(tǒng)、牽引電機和高轉(zhuǎn)速電機、伺服與調(diào)速系統(tǒng)、家用電器和通用工業(yè)等領(lǐng)域。隨著對SR電機認識的深入、電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)磁阻電

5、機及其調(diào)速控制系統(tǒng)將具有更廣泛的發(fā)展和應用前景。1、 開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)的組成(l)、SR電機SR電機是SRD系統(tǒng)中實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的部件，也是SRD系統(tǒng)有別于其它電機驅(qū)動系統(tǒng)的主要標志。SR電機系雙凸極可變磁阻電機，其定、轉(zhuǎn)子的凸極均由普通硅鋼片疊壓而成。轉(zhuǎn)子既無繞組也無永磁體，、定子極上繞有集中繞組，徑向相對的兩個繞組串聯(lián)構(gòu)成一個兩極磁極，稱為“一相”。SR電機可以設(shè)計成多相結(jié)構(gòu)，且定、轉(zhuǎn)子的級數(shù)有多種不同的搭配。目前應用較多的是三相(64)結(jié)構(gòu)和四相(86)結(jié)構(gòu)。 (2) 、功率變換器 功率變換器是向電機直接提供能量的部件，它以功率開關(guān)管為主要功能器件，在控制電路的控制下起到開關(guān)作用，

6、使繞組與電源接通或斷開，同時還為繞組的儲能提供回饋路徑。由于SR電機繞組電流是單向的，使得其功率變換器主電路不僅簡單，而且具有普通交流及無刷直流驅(qū)動系統(tǒng)所沒有的優(yōu)點，即相繞組與主開關(guān)器件是串聯(lián)的，因而可預防短路故障。在整個SRD成本中，功率變換器占有主要的比重，因此合理設(shè)計功率變換器是提高SRD的性能價格比的關(guān)鍵之一。性能優(yōu)良的功率變換器應具備以下特點：最少數(shù)量的主開關(guān)器件；可將電源電壓全部施加于相繞組；主開關(guān)器件的電壓額定值接近于電機額定電壓；主開關(guān)器件的調(diào)制可以有效地控制相電流的通斷；具備使相繞組電流迅速增加的能力；在繞組磁鏈減少的同時，能將能量回饋給電源。 功率變換器有多種形式，與供電電

7、壓、電機相數(shù)和開關(guān)器件的種類等有關(guān)。目前常用的功率變換器主電路形式有以下幾種：不對稱半橋電路、雙繞組電路、裂相式電路和H橋型電路，其原理圖如圖13所示。2、控制器和位置檢測器 控制器綜合處理位置檢測器、電流檢測器提供的電機轉(zhuǎn)子位置、速度和電流等反饋信息及外部輸入的指令，控制功率變換器中主開關(guān)器件的工作狀態(tài)，實現(xiàn)對SR電機運行狀態(tài)的控制，是SRD的指揮中樞?？刂破饕话阌蓡纹瑱C或DSP及外圍接口電路等組成。在SRD中，要求控制器具有下述功能：電流斬波控制或電壓斬波控制;角度位置控制;起動、制動、停車及四象限運行;速度調(diào)節(jié)。位置傳感器向控制器提供轉(zhuǎn)子位置及速度等信號，使控制器能正確地決定相繞組的導通

8、和關(guān)斷時刻。通常采用光電器件、霍爾元件或電磁線圈等方法來進行位置檢測。采用無位置傳感器的位置檢測方法是SRD的發(fā)展動向，對降低系統(tǒng)成本、提高系統(tǒng)可靠性有重要的意義。3、開關(guān)磁阻電機的工作原理 開關(guān)磁阻電機的工作原理與傳統(tǒng)的交、直流電動機存在著根本的區(qū)別，它不像傳統(tǒng)電機那樣依靠定、轉(zhuǎn)子繞組電流產(chǎn)生磁場間的相互作用形成轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，而是遵循“磁阻最小原理"磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合，而具有一定形狀的鐵心在移動到磁阻最小位置時，必使自己的主軸線與磁場的軸線重合。當轉(zhuǎn)子磁極軸線與定子磁極的軸線不重合時，便會有作用力作用在轉(zhuǎn)子上并產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，從而使轉(zhuǎn)子向定子磁極的軸線方向運動或產(chǎn)生同方向的運動

9、趨勢，直到定、轉(zhuǎn)子磁極軸線重合為止。 以本系統(tǒng)中采用的四相86極開關(guān)磁阻電機為例，如圖21所示。圖1.4中只畫出了A相繞組及其供電電路，Sl、S2是電子開關(guān)，VDl、VD2是二極管，Us為直流電源。 圖1.4 開關(guān)磁阻電機工作原理框圖 以圖1.4中定、轉(zhuǎn)子所處相對位置為起始位置，當A相繞組的控制開關(guān)Sl、S2閉合時，A相繞組通電，電機內(nèi)建立起以O(shè)A為軸線的徑向磁場，磁通通過定子軛、定子極、氣隙、轉(zhuǎn)子極、轉(zhuǎn)子軛等處閉合。通過氣隙的磁力線是彎曲的，此時磁路的磁導小于定、轉(zhuǎn)子磁極軸線重合時的磁導，因此，轉(zhuǎn)子將受到氣隙中彎曲磁力線的切向磁拉力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的作用，使轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動Il引。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)子極

10、軸線22與定子極軸線州7重合的位置時，切向磁拉力消失，此時斷開A相開關(guān)Sl、S2，同時合上B相開關(guān)，建立以B相定子磁極為軸線的磁場。若依次給ABCD相通電，轉(zhuǎn)子即會逆著勵磁順序以逆時針方向連續(xù)轉(zhuǎn)動；反之，若依次給A-DCB相通電，則電機沿著順時針方向轉(zhuǎn)動?？梢?，SR電機的轉(zhuǎn)向與相繞組的電流方向無關(guān)，僅取決于相繞組通電的順序。4、開關(guān)磁阻電機的數(shù)學模型 為了簡化分析，忽略鐵芯損耗部分，并設(shè)開關(guān)磁阻電機的相數(shù)為m，各相結(jié)構(gòu)和參數(shù)對稱。設(shè)k=1，m相的電感、電壓、磁鏈、電阻、電流及轉(zhuǎn)矩分別為厶、Uk、心、t，轉(zhuǎn)子位置角為0，轉(zhuǎn)速為q。（1）、電路方程根據(jù)能量守恒定律和電磁感應定律，施加在各定子繞組端

11、的電壓等于電阻壓降和因磁鏈變化而產(chǎn)生的感應電勢作用之和，則第k相繞組電壓方程為：（2）、機械方程按照力學定律可列出在電動機電磁轉(zhuǎn)矩疋和負載轉(zhuǎn)矩瓦作用下的轉(zhuǎn)子機械運動方程： （3）、機電聯(lián)系方程 電路方程和機械方程通過電磁轉(zhuǎn)矩耦合在一起，故反映機電能量轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)矩表達式為機電聯(lián)系方程，且考慮到m相繞組的對稱性，則SR電動機輸出平均轉(zhuǎn)矩為： 然而，上述數(shù)學模型盡管從理論上完整準確地描述了開關(guān)磁阻電機的電磁及力學關(guān)系，但由于l(a，f)及f難以解析，所以使用起來很麻煩，實際中往往必須根據(jù)具體電動機的結(jié)及所要求的精確程度加以適當?shù)暮喕?、開關(guān)磁阻電機的控制策略 為了實現(xiàn)電機的正常起動，必須保證電機在任

12、何位置的轉(zhuǎn)矩都大于總負載轉(zhuǎn)矩。而當轉(zhuǎn)子處于不同位置并且給不同相通電時，所獲得的起動轉(zhuǎn)矩大小和方向都是不同的。由于SR電機的矩角特性對電機的起動轉(zhuǎn)矩即帶負載起動能力有很大影響，所以通過矩角特性來分析起動性能，SR電機的矩角特性如圖1.5所示。 圖1.5 SR電機的矩角特性 三相86極SR電機有兩種起動方式：一相通電起動和兩相同時通電起動。若不計相繞組間的磁耦合，兩相同時通電的合成起動轉(zhuǎn)矩可近似由同時通電相的各矩角特性線性相加求得，如圖1.5中虛線所示。顯然，兩相起動的最小轉(zhuǎn)矩為一相起動的最大轉(zhuǎn)矩，兩相起動方式的帶負載能力明顯強于一相起動方式：而且，兩相起動轉(zhuǎn)矩的波動明顯減小，起動過程平穩(wěn)；再者，

13、對于所要求的起動轉(zhuǎn)矩，采用兩相起動比一相起動所需的電流小四J。因此，在實際應用中一般采用兩相同時通電起動方式。由于電機在起動瞬間旋轉(zhuǎn)電動勢為零，若加額定電壓直接起動，相電流將過大，由此產(chǎn)生的過大動態(tài)沖擊轉(zhuǎn)矩可能會損壞電機和傳動機構(gòu)，因此必須在起動期間采用電流斬波控制限制起動電流。二、系統(tǒng)控制方案設(shè)計通過對以上幾種控制方法的分析可知，每一種控制方法都有其優(yōu)勢，同時也有其局限性。由于一般要求SR電機的轉(zhuǎn)速范圍較寬且負載轉(zhuǎn)矩適用范圍也較寬，為了使電機在各種不同工作條件下均具有較好的性能指標，一般可以選用幾種控制方法相結(jié)合的方案。由于開關(guān)磁阻電機在起動和低速運行狀態(tài)時，存在起動階段電流峰值過大可能引起

14、對繞組和功率器件造成損壞，以及在低速階段由于電流幅值波動過大而導致轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速不平穩(wěn)的問題，因此系統(tǒng)采用電流斬波控制和電壓PWM斬波控制相結(jié)合的方案。隨著電機速度的增加，需要采用角度位置控制。但是，由于轉(zhuǎn)速越高對應的通電時間越短，電流波形滯后的就越多，電流很可能進入電感曲線下降區(qū)域而形成制動轉(zhuǎn)矩，因此系統(tǒng)采用變角度與電壓PWM斬波控制相結(jié)合的方案。這種控制方案就是將固定角度PWM控制與角度位置控制相結(jié)合，一方面，用PWM信號對功率變換器主開關(guān)觸發(fā)信號實施調(diào)制；另一方面，在不同的轉(zhuǎn)速段，分別采用不同的開通角覦和關(guān)斷角鋤。這樣，系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速段內(nèi)，采用固定角度PWM控制，而在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，采用變化

15、的開通角鋤和關(guān)斷角鋤，以提高系統(tǒng)效率，降低電流峰值。因此，本系統(tǒng)的整體控制方案為：起動和低速運行時采用電流斬波與電壓PWM斬波相結(jié)合的控制方式，高速運行時采用變角度與電壓PWM斬波相結(jié)合的控制方式。本調(diào)速系統(tǒng)以轉(zhuǎn)速值為給定量，采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，通過調(diào)節(jié)電壓PWM信號的占空比來保證電機轉(zhuǎn)速自動跟隨給定量。開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)的整體實現(xiàn)框圖如圖21所示。轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制輸出的電壓PWM信號、由位置信號得出的相通斷信號、電流斬波信號和角度控制信號綜合得出開關(guān)磁阻電機的功率變換器的驅(qū)動信號，從而實現(xiàn)對電機的控制。 圖2.1 開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)的實現(xiàn)框圖三、硬件設(shè)計概述 開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計包括

16、功率變換器設(shè)計和控制器設(shè)計?？刂破鞯挠布娐钒刂齐娐?、位置檢測電路、電流檢測與斬波電路、直流側(cè)電壓檢測電路、轉(zhuǎn)速給定電路、邏輯綜合電路、鍵盤電路、顯示電路和上位機通訊電路。硬件系統(tǒng)的總體框圖如圖31所示。 系統(tǒng)上電后，控制器根據(jù)給定的控制指令，綜合轉(zhuǎn)子位置信號和電流、電壓信號，發(fā)出相應的控制信號，使相應的開關(guān)導通，給電機相繞組通電。電機在磁力作用下旋轉(zhuǎn)起來，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定角度時，控制器根據(jù)新的位置信號給出正確的控制信號，使電機連續(xù)旋轉(zhuǎn)。同時，控制器綜合閉環(huán)控制輸出的PWM信號、電流斬波信號和角度控制信號實現(xiàn)對電機調(diào)速的控制。1、主電路結(jié)構(gòu)的設(shè)計 本系統(tǒng)中控制對象為7.5KW三相86極SR電

17、機，選用H橋型主電路結(jié)構(gòu)。H橋型功率電路采用的元器件少，電路比較簡單，成本低，整體性能價格比高，是開關(guān)磁阻電機一種很有價值的主電路方案。功率電路結(jié)構(gòu)如圖32所示，包括整流電路、制動支路和功率變換電路。2、整流電路 整流電路的作用是將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源，以供功率變換電路使用。系統(tǒng)中使用三相不可控全波整流電路，電解電容Cl、C2對整流電路的輸出起到濾波作用，而電阻Rl、R2起到平衡兩個電容Cl和C2上的電壓及整個系統(tǒng)關(guān)閉時對Cl、C2電容放電的作用。在系統(tǒng)加電的瞬間，為了防止濾波電容開始充電所引起的過大的浪涌電流，需要采取一定的措施，本系統(tǒng)采用了電阻一接觸器并聯(lián)網(wǎng)絡。當充電電壓小于400V時，

18、接觸器J斷開，電阻R流過電流，把浪涌電流限制在一個安全的范圍。當充電電壓大于400V時，接觸器J閉合，把電阻R短路。3、制動支路 當電機制動運行時，向功率電路回饋的電能多于從功率電路得到的電能。由于電源部分不可控，回饋的電能只能儲存在濾波電容中，電容電壓會升高甚至超過允許范圍，這樣會引起開關(guān)器件的損壞。因此，由Vz和Rz構(gòu)成制動放電支路，當電容發(fā)生過電壓時，Vz開關(guān)管開通，將電容能量泄放到電阻Rz上。4、功率變換電路 在功率變換電路中，A、B、C、D為開關(guān)磁阻電機的四相繞組，VAVD為IGBT，VDlVD4為續(xù)流二極管。此電路只能工作在兩相同時通電方式，因為任一相繞組電路必須以其它相繞組為通路

19、。在本系統(tǒng)中，使用主開關(guān)VA、Vc作為斬波開關(guān)實現(xiàn)電壓PWM控制，開關(guān)VB、VD僅用于換相。以A、B兩相為例，相繞組的續(xù)流共有三種情況：(1)、開通期間，VA、VB同時導通，電源通過兩個主開關(guān)管VA、VB使A、B相繞組勵磁產(chǎn)生相電流，如圖33(a)所示；(2)、斬波期間，VA斷開、VB導通，電流經(jīng)VB、VDl續(xù)流，電能不能回饋電容，下降較緩，如圖3。3(b)所示；(3)、換相期間，vA、VB同時斷開，電流經(jīng)續(xù)流二極管VDI、VD2續(xù)流，電能回饋給電容，繞組感應電動勢與電源電壓極性相反，相繞組電流下降較快，5、控制電路 本系統(tǒng)采用Motorola DSP56F2812作為主控制器，是Motoro

20、la DSP56F28x系列中適用于電機控制的數(shù)字信號處理器。DSP56F28x系列提供了基于C語言的開發(fā)工具、IDE的集成環(huán)境以及SDK等先進的開發(fā)工具，大大縮短了開發(fā)周期。同時，該系列還提供了一些專門的外設(shè)，如用于電機控制的脈寬調(diào)制模塊PWM、12位的AD轉(zhuǎn)換器、積分定時器、相位檢測器、通訊模塊(SCI、SPI、CAN)、通用IO引腳、低電壓禁止模塊、JTAGOnCE片上仿真器和FLASH、RAM存儲器。DSP芯片采用33V供電，并與5V的TTL電平兼容；采用8MHz外部晶振，利用內(nèi)部壓控振蕩器和鎖相環(huán)可產(chǎn)生80MHz總線時鐘，在80MI-Iz時鐘頻率下可達到40兆條指令s(MIPS)的指

21、令執(zhí)行速度；JTAGOnCE程序調(diào)試接口，允許在系統(tǒng)設(shè)計過程中隨時進行調(diào)試，并可對軟件進行實時調(diào)試lj川。從控制開關(guān)磁阻電機的角度來講，DSP2812的相位檢測器模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、PWM模塊給電機的控制帶來了很大的便利。相位檢測器與定時器模塊A復用，內(nèi)部集成了干擾信號濾波器，使位置信號的檢測和轉(zhuǎn)速的計算更加精確；AD轉(zhuǎn)換模塊包括8個輸入通道，轉(zhuǎn)換精度為12位，轉(zhuǎn)換速度最快為每次同時掃描僅需531as，并且可以通過同步信號與PWM同步；PWM模塊是專門面向電機控制設(shè)計的，能夠被配置成互補通道模式或獨立通道模式，具有邊沿對齊和中心對齊的脈寬產(chǎn)生方式，支持占空比從0到100。PWM輸出可以由PWM

22、發(fā)生器控制，也可以由軟件控制輸出?；贒SP28x系列的控制電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖33所示。在本系統(tǒng)中，DSP資源利用如下：(1)轉(zhuǎn)子位置傳感器信號：相位檢測器模塊(2)相電流和直流側(cè)電壓檢測、轉(zhuǎn)速給定信號：AD轉(zhuǎn)換模塊(3)脈寬調(diào)制信號生成：PWM模塊(4)鍵盤信號、角度信號、相通斷信號：通用輸入輸出口(GPIO)(5)DA轉(zhuǎn)換輸出、顯示電路：SPI模塊(6)與上位機通訊：SCI模塊 圖3.3 控制電路結(jié)構(gòu)框圖 DSP28x系列為控制電路的核心，主要負責識別鍵盤按鍵信號、判斷相電流和直流側(cè)電壓信號、轉(zhuǎn)速給定信號以及轉(zhuǎn)子位置信號，從而給出相通斷信號、電壓PWM信號、電流斬波信號和角度控制信號，綜合

23、產(chǎn)生IPM的驅(qū)動信號，實現(xiàn)對電機調(diào)速的控制。四、軟件設(shè)計概述 系統(tǒng)采用C語言和匯編語言混合編程，實行模塊化設(shè)計，增加了程序的可讀性和移植性。本系統(tǒng)控制軟件主要實現(xiàn)以下功能：(1)電機起動無死區(qū)，起動轉(zhuǎn)矩足夠大，并盡量減小起動時的振動。(2)能實現(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。(3)電機起動和低速運行時采用電流斬波控制，高速運行時采用角度位置控制，并能實現(xiàn)這兩種控制狀態(tài)之間的平滑過渡。(4)系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計采用PI調(diào)節(jié)器，輸出為定頻調(diào)寬的PWM方波，實現(xiàn)電壓斬波控制，完成電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。(5)實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的計算并實時顯示。(6)具有一定的保護功能，當控制系統(tǒng)運行出現(xiàn)異常時，能夠接收、判斷外

24、部的故障信號和保護信號并且采取相應的保護措施。 本程序中主要利用了DSP2812的相位檢測器模塊、定時器模塊和PWM模塊，下面分別介紹各個模塊在SR電機控制中的應用。1、主程序設(shè)計 主程序主要完成的工作為：系統(tǒng)初始化，系統(tǒng)狀態(tài)檢測和循環(huán)等待中斷并響應中斷。系統(tǒng)初始化主要完成：DSP中所用模塊的初始化，包括相位檢測器、通用輸入輸出口GPIO、定時器模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、串行外設(shè)接口SPI、串行通信接口SCI和脈寬調(diào)制模塊PWM；系統(tǒng)參數(shù)的初始化，包括中斷命令初始化、各種標志變量、數(shù)模轉(zhuǎn)換參數(shù)、PI調(diào)節(jié)參數(shù)、轉(zhuǎn)速計算參數(shù)的初始化等；顯示初始化，包括顯示驅(qū)動器的初始化和顯示內(nèi)容的初始化。主程序按不斷循環(huán)

25、的結(jié)構(gòu)運行，通過響應中斷，調(diào)用中斷服務子程序，在中斷服務子程序中調(diào)用相關(guān)的功能子程序，完成相應的功能，實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。主程序流程圖如圖41所示。 系統(tǒng)在完成初始化后開放中斷，首先等待鍵盤輸入起動命令，起動命令下達后，調(diào)用起動子程序，根據(jù)轉(zhuǎn)子所在位置和正反轉(zhuǎn)信號選擇導通合適的相，使電機順利起動。當電機運行起來后，由轉(zhuǎn)子位置信號的跳變來觸發(fā)捕捉中斷完成換相，輸出相通斷信號，并通過調(diào)用轉(zhuǎn)速計算子程序計算電機轉(zhuǎn)速，由顯示子程序?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)速顯示并由定時中斷子程序?qū)崿F(xiàn)顯示的定時刷新。同時，當前轉(zhuǎn)速與給定的轉(zhuǎn)速信號相比，完成電機轉(zhuǎn)速的PI調(diào)節(jié)，輸出PWM信號。當電機運行速度在升速500rrain以下、降速45

26、0 rmin以下時，SPI口輸出電流斬波上、下限值至外部DA轉(zhuǎn)換電路，通過硬件電路實現(xiàn)電流斬波控制；麗當電機運行到升速500rmin以上、降速450 rmin以上時，調(diào)用角度控制子程序計算相開通角和關(guān)斷角，實現(xiàn)變角度控制。當系統(tǒng)檢測到電機停止按鍵命令后，關(guān)閉所有相，使電機停轉(zhuǎn)，主程序則繼續(xù)等待起動按鍵命令。2、P I調(diào)節(jié)子程序 根據(jù)給定值廠(f)與實際輸出值c9)構(gòu)成偏差e(t)的比例(P)、積分(I)進行控制的調(diào)節(jié)器，稱為PI調(diào)節(jié)器。PI調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)易于調(diào)整，并且在長期的使用中積累了豐富的經(jīng)驗。模擬PI調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律為：在PI調(diào)節(jié)中，比例環(huán)節(jié)的作用是對偏差作出迅速的響應，使被控量

27、朝著偏差減小的方向變化。比例常數(shù)足，的作用是加快系統(tǒng)的響應速度，KP越大，響應越快，但是過大時將產(chǎn)生超調(diào)，甚至會導致系統(tǒng)的不穩(wěn)定；KP取值過小又會導致響應速度緩慢。積分環(huán)節(jié)主要是用來消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度，但是它降低了系統(tǒng)的反應速度，增加了系統(tǒng)的超調(diào)量。積分時間過大時，響應遲緩，對外部擾動的控制能力變差；積分時間過小時，將產(chǎn)生振蕩。 在硬件電路的基礎(chǔ)上，設(shè)計和編寫了控制器的控制軟件。整個系統(tǒng)通過在無限循環(huán)結(jié)構(gòu)的主程序中響應中斷，調(diào)用中斷服務子程序，且在中斷服務程序中調(diào)用相應的功能子程序，實現(xiàn)系統(tǒng)預定的功能。五、結(jié)論 本課題設(shè)計完成了7.5KW三相86極開關(guān)磁阻電機調(diào)速控制系統(tǒng)，系統(tǒng)以TI公

28、司的數(shù)字信號處理器DSP28x系列為控制核心，采用H橋型功率變換器主電路結(jié)構(gòu)，通過軟硬件聯(lián)合完成對開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)的控制。課題期間，通過對開關(guān)磁阻電機的工作原理及其控制方法的學習和研究，確定系統(tǒng)的控制方案為：起動和低速運行時采用電流斬波與電壓PWM斬波相結(jié)合的控制方式，高速運行時采用變角度與電壓PWM斬波相結(jié)合的控制方式，并在此基礎(chǔ)上完成了開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)從硬件到軟件的設(shè)計。在硬件方面，設(shè)計了開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)的控制器電路和功率變換器主電路。功率變換器以IPM為主開關(guān)器件，采用H橋型主電路結(jié)構(gòu)?？刂破鞑捎昧嘶贒SP2812的設(shè)計方案，不僅減少了外圍電路，而且提高了系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)

29、硬件工作可靠，可以實現(xiàn)電機控制參數(shù)輸入、電流斬波、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)等功能。在軟件方面，完成了基于SDK開發(fā)包的開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計和編寫?？刂栖浖捎媚K化編程，提高了程序的可讀性和移植性?？刂瞥绦蛴芍鞒绦?、功能子程序和中斷服務子程序三部分組成，實現(xiàn)了換相邏輯控制、變角度控制、轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制、轉(zhuǎn)速計算及顯示等功能。最后，通過對控制器的硬件和軟件的聯(lián)合調(diào)試，利用現(xiàn)有實驗裝置和檢測方法進行了開關(guān)磁阻電機的空載和負載實驗，通過實驗獲得PI調(diào)節(jié)器參數(shù)，并給出了電機轉(zhuǎn)速曲線和在低速和高速運行時的電流波形。實驗結(jié)果表明，開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能良好，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)平滑穩(wěn)定，且抗干擾能力強。參

30、考文獻r1王宏華開關(guān)型磁阻電動機調(diào)速控制技術(shù)北京：機械工業(yè)出版社，19992謝衛(wèi)才，黃守道，石安樂開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展動向湖南工程學院學報，2004，14(4)：20223吳建華開關(guān)磁阻電機設(shè)計與應用北京：機械工業(yè)出版社，20004楊岳峰，張奕黃。SRM常見的幾種功率變換器主電路及原理電機電器技術(shù)，2003，(2)：19205Pollock C，Williams BWPower convertor circuits for switched reluctance motors withthe minimum number ofswitches。lEE Proceedings-Electric PowerApplications，1990，137(6)：3733846紀良文開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)及其新型控制策略研究：博士學位論文浙江：浙江大學電氣工程學院，20027曹家勇，陳幼平，詹瓊?cè)A等開關(guān)磁阻電動機控制技術(shù)的研究現(xiàn)