基于DSP的开关磁阻电机调速系统的研究

论文摘要

开关磁阻电动机调速系统(Switched Reluctance Drive,简称SRD)以其优良的调速性能日益受到人们的关注,显示出强大的市场竞争力。本文以完成基于数字信号处理器的3kW四相(8/6极)开关磁阻电动机控制系统的设计和研制为主要研究内容。论文介绍了开关磁阻电机调速系统的国内外发展状况,对开关磁阻电机调速系统的基本构成及特点进行了阐述;详细地分析了开关磁阻电机的特点及工作原理,建立了开关磁阻电机的数学模型;针对其电感、绕组电流和转矩在不同阶段的变化情况,采用了高速变角度电压斩波——低速定角度电流斩波的控制方法;并且系统采用双闭环结构的控制策略。通过对常见功率变换主电路的介绍和比较,系统采用H型功率变换主电路,主开关器件选用IGBT,其驱动电路选用EXB841驱动模块,并对有关参数进行了分析、计算。以TI公司开发的DSP为核心的控制系统硬件设计,针对SR电机的控制特点,充分利用了DSP的硬件资源,设计了相应的外围硬件检测、保护、控制电路,使控制系统结构紧凑、可靠性高。系统的控制软件设计,采用模块化的程序设计方法,增强了系统的可读性及可维护性,实现了PI控制及模糊角度控制相结合的控制策略,以改善电机的工作效率,同时,结合系统的硬件设计,开发了相应的软件模块,使系统具有完善的保护和控制性能。最后对系统进行了实验研究,通过实验结果可以看出:系统设计合理,软件所采用的控制方法和控制策略正确、有效,运行稳定可靠,达到了指标要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 前言
• 第一章 开关磁阻电机调速系统的工作原理和控制方式
• 1.1 开关磁阻电机调速系统的组成及特点
• 1.1.1 开关型磁阻电动机调速系统的组成
• 1.1.2 开关型磁阻电动机调速系统的特点
• 1.2 开关磁阻电动机的基本结构和工作原理
• 1.3 开关磁阻电机的数学模型
• 1.3.1 磁链方程
• 1.3.2 电压平衡方程
• 1.3.3 转矩方程
• 1.3.4 机械运动方程
• 1.4 开关磁阻电机工作的基本分析
• 1.4.1 电感与转子位置角的关系
• 1.4.2 基于线性模型的电磁转矩的分析
• 1.4.3 基于线性模型的相绕组电流的分析
• 1.5 开关磁阻电机调速系统的基本控制方式
• 1.5.1 角度控制方式（APC）
• 1.5.2 电流斩波控制方式（CCC）
• 1.5.3 电压斩波PWM 控制方式
• 1.6 本系统控制方式的确定
• 1.7 本章小结
• 第二章 SRD 功率变换器的分析与设计
• 2.1 概述
• 2.2 功率变换器主电路形式
• 2.2.1 双绕组型
• 2.2.2 双开关型
• 2.2.3 少开关型
• 2.2.4 电感储能型
• 2.3 整流电路
• 2.4 功率变换器的设计
• 2.4.1 主开关器件的选择
• 2.4.2 器件定额
• 2.4.3 功率变换器的工作原理
• 2.5 驱动电路的选择
• 2.6 本章小结
• 第三章 开关磁阻电机控制系统的硬件设计
• 3.1 SRD 系统设计方案
• 3.2 基于TMS320LF2407A 控制器的SRD 系统硬件结构设计
• 3.3 位置检测部分设计
• 3.4 电流检测电路
• 3.5 电流斩波与过流保护电路
• 3.6 故障检测与保护电路
• 3.7 系统电磁兼容设计
• 3.8 本章小结
• 第四章 开关磁阻电机控制系统的软件设计
• 4.1 主程序设计
• 4.2 初始化子程序
• 4.3 定时器周期中断处理子程序
• 4.4 捕获中断处理子程序
• 4.5 速度控制中断子程序
• 4.6 模糊角度控制策略
• 4.6.1 模糊子集的选取
• 4.6.2 模糊算法设计
• 4.7 本章小结
• 第五章 实验结果分析
• 5.1 测试系统设计
• 5.2 实验结果
• 5.2.1 静态性能
• 5.2.2 动态性能
• 5.2.3 SRD 系统运行性能测试
• 5.2.4 稳态精度测试
• 5.3 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要