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1、毕业设计开关磁阻电动机高性能控制系统的设计姓名：学号：10020109班级：10电气4专 业：电气工程及其自动化所在系：自动化工程系指导教师：开关磁阻电动机高性能控制系统的设计开关磁阻电动机（简称SRM或SR电机）具有结构简单、成本低、控制灵活等特点， 由其构成的调速系统（简称SRD）具有交、直流调速所没有的优点，正在显示出强大的市 场竞争力。木设计以0.75KW四相（8/6极）开关磁阻电动机控制系统的高性能控制策略及 其系统为主题展开了理论研究和应用。开关磁阻电动机的最重要的缺点就是转矩脉动，它直接影响着驱动系统的输出性 能。木设计介绍了能够消除SRM的转矩脉动，提高SRD性能的几种新型控制
2、策略，即 SRM的直接转矩控制并进行了仿真。研究了能够消除转矩脉动，提高SR在位置控制中 定位精度的微步控制。基于开关磁阻电动机的线性模型，推导出其矩角特性，根据转矩 星型图对换相时的相绕阻电流进行控制，用换相区代替换相点使各相电流为阶梯波，从 而在空间得到多个派生转矩矢量，使电机的步进角减小，增加了转矩得平滑性，从而减 小了转矩脉动研究表明，采用微步控制后，可有效地减小电流波动。为了验证系统的可 行性，木文利用MATLAB6.0中的动态仿真工具SIMULINK对系统的动静态性能进行 了仿真分析。仿真和实验结果基木一致，证明了该系统的可行性，系统具有良好的速度 和位置控制能力，有着广阔的发展前
3、景。关键词：开关磁阻电动机；微步控制；直接转矩控制；MATLAB: DSPDesign of High-performance Switched Reluctance MotorControl SystemABSTRACTSwitched Reluctance Motor ( SRM or SR motor for short) has a simple structure, low cost，flexible control featuresits speed control system consisting of ( short SRD) with AC, DC does not hav
4、e merit, is showing strong market competitiveness. The design of the four-phase high-pcrformancc 0.75KW (8/ 6 poles ) switched reluctance motor control system and the system control strategy theme of theoretical research and application.The most important drawback is that the switch reluctance motor
5、 torque ripple, which directly affects the output performance of the drive system. This design introduces several new control strategy to eliminate SRM torque ripple and improve the performance of the SRD, that SRM direct torque control and simulation . Studied to eliminate torque ripple and improve
6、 the SR positioning accuracy in position control micro- step control. Linear model of switched reluctance motor, derives its torque-angle characteristics, torque control based on the star chart on the phase commutation when winding current, instead of switching to phase commutation region points to
7、the phase current is stepped wave, thereby obtaining a plurality of vectors derived torque space step angle of the motor is reduced, the torque was increased smoothness, thereby reducing the torque ripple. Research shows that the use of micro -step controL which can effectively reduce the current fl
8、uctuations. In order to verify the feasibility of the system, we use MATLAB6.0 dynamic simulation tool SIMULINK dynamic and static performance of the system to be simulated. Simulation and experimental results are basically the same, proved the feasibility of the system, the system has good speed an
9、d position control, there are broad prospects for development.Key words： Switched Reluctance Motor； Micro-step control； MATLAB； DSP第一章绪论11.1引言11.2运动控制发展概述11.3开关磁阻电机的研究概况及发展方向21. 3. 1开关磁阻电机的研究概况21. 3. 2SR电机的控制策略综述31.4研究的主要内容和目标4第二章SR电机调速系统52.1开关磁阻电动机调速系统的基本结构、特点及基本原理52. 1. 1SRD的基本结构52. 1.2SR电机的工作原理62
10、. 1. 3SRD系统的结构与性能特点72.2开关磁阻电机的数学模型82. 2. 1开关磁阻电机的数学模型82.2.2数学模型的求解方法92.3开关磁阻电机工作的基本分析102. 3. 1电感与转子位置角的关系102. 3.2电磁转矩的分析112. 3. 4转速的控制122.4开关磁阻电机的控制方式132.4. 1电流斩波控制132.4.2角度控制132. 4. 3电压斩波控制142. 4. 4各控制方式的特点 14第三章SRD新型控制策略的研究163. 1 SR电机的直接转矩控制163. 1. 1直接转矩控制原理163. 12仿真研究193. 2. 1开关磁阻电动机的微步控制233. 2.
11、2微步控制策略的实现263. 2. 3仿真分析 263. 2. 4 结论27第四章 基于DSP的SRM控制系统设计284. 1基于DSP的SRD控制系统硬件设计284. 1. 1DSP的结构与特点284.1.2位置检测及换相逻辑284. 1. 3PWM输出电路294. 1. 4电流检测与斩波电路294. 1. 5键盘、显不电路304.2电路的保护及抗干扰设计314. 2. 1屏蔽技术324. 2. 2电路板的抗干扰设计324. 3基于DSP的SRM控制软件的设计324. 3. 1主程序设计334. 3. 2速度检测子程序354. 3. 3故障处理子程序364. 4 SRD实验系统及实验结果 3
12、7第五章结论38参考文献39致 谢40第一章绪论1.1引言开关磁阻电机调速系统(Switched Reluctance Motor Drive,简称SRD),是继异步电 动机变频调速系统和直流电动机调速系统之后，乂一极具发展潜力的新型调速系统。它 集开关磁阻电动机(Switched Reluctance Motor,简称SRM)电力电子技术和控制技术 为一体，它不仅保持了交流异步电动机的机构简单、坚固可靠和直流电动机可控性好的 优点，而且还具有价格低、效率高、适应力强等优点，显示岀广阔的应用前景。SRM作为SRD中的重要组成部分，是在磁阻电动机的基础上发展起来的一种高性 能机电一体化的产品。它
13、具有开关性和磁阻性两个基木特征。从结构上看开关磁阻电机 定转子均采用双凸极结构，定子上有集中绕组，转子无绕组，也无永磁体。因此具有结 构简单、坚固、工作可靠、维修方便等优点。另外，电机在一相或多相缺相的情况下仍 可以运行使得它可以应用于恶劣的工业环境中。SRM控制灵活，采用不同的控制方式, 可以得到不同负载要求的机械特性，很容易实现四象限运行和软启动等要求。采用合理 的控制策略，由SR人理组成的SRD系统的效率和出力能在很宽的速度和负载范围内 都能维持较高的运行特性。然而，由于开关磁阻电机的双凸极结构，不能采用传统的AC电机波形来作为输入 激励，从而不能应用AC电机很成熟的旋转磁场理论。而且，
14、电机的输出转矩不平滑， 必须采用适当的控制策略来消除转矩脉动。另外由于磁通的复杂分布使得电机的控制很 复杂。电机不同相间的非线性祸合及电机参数的改变更增加了控制的复杂程度。只有从 调速系统的总体性能指标出发，通过采取优化的控制策略，才能逐步解决这些问题。1.2运动控制发展概述运动控制是一门综合性、多学科的交叉技术。它的主要研究内容是机械运动过程中 涉及的力学、机械学、动力驱动、运动参数检测和控制等方面的理论和技术问题。随着 科学技术的不断发展，尤其是电力电技术的进步，微机技术的应用和新型控制策略的岀 现。今天的运动控制发展成为了根据预定方案及复杂环境，将计算机做岀的决策命令变 为某种期望的机械
15、运动的系统控制。运动控制系统使被控机械运动实现精确的位置控 制、速度控制、加速度控制、转矩或力的控制，以及这些被控机械量的综合控制。典型 的运动控制系统有运输机械、数控机床、机器人等，这些系统是力学、机械、材料、电 工、电子、计算机、信息和自动化等科学和技术领域的总和。运动控制系统中，精确的位置、速度、加速度乃至力矩的控制土要通过电动机、驱 动器、反馈装置、运动控制器、主控制器（如计算机和可编程控制器）来实现。随着微电 子技术渗透到运动控制系统的各个环节并成为其控制技术的核心，功率变频器和电动机 都具有了离散控制的基本特征。一般的运动控制系统包含了围绕电动机组成不同控制目 标所涉及的理论和技术。运动控制作为一门多学科交义的技术，每种技术出现的新进展 都使它向前迈进一步，其技术进步是新月异的。1.3开关磁阻电机的研究概况及发展方向1.3.1开关磁阻电机的研究概况磁阻电机是一种具有悠久历史的电机，它诞生于160年前，但它一直被认为是一种 性能（效率、功率因数、利用系数等）不高的电机，故只应用于小功率范围。经过近20 年的研究和改进，磁阻式电机的性能不断提高，冃前已能在较大的功率范围内使其性能 不低于其他型式的电机。美国、加拿大、南斯拉夫、埃及等国家都开展了开关磁阻电机 系统的研制工作，在国外的应用中，开关磁阻电机一般用于牵引中，例如电瓶车和电动 汽车，同
