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1、科技学院2011届本科毕业论文设计论文题目：基于DSP的开关磁阻电机调速特性的实现硬件部分学生： 常峥所在院系： 机电学院所学专业：电气工程及其自动化导师： 王超完成时间：20XX5 月20日 / 摘 要开关磁阻电机调速系统具有结构简单、坚固、系统控制灵活、调速性能好、运行效率高、动态性能好等诸多优点,近二十多年来,国外在开关磁阻电机及其调速系统研究方面发展迅速。但对于一些特殊的需求领域,还未曾进行深入研究。本文正是基于这一需求,以三相开关磁阻电机为研究对象,对其调速系统进行研究。本课题主要完成的工作有以下两部分：首先,深入研究了开关磁阻电机的基本特性与数学模型,从中得出了一种简便、实用的通过
2、电流检测转矩的方法。其次,设计了基于DSP56F803的开关磁阻电机调速系统通用的硬件电路,可以实现调速控制、变角度控制、定角度电压斩波和电流上下限斩波控制。目前在许多生产机械中,比如,电动汽车、游梁抽油机、电动钻机等需要具有的电机驱动,即直流电动机的串励特性。开关磁阻电机调速系统的研究,将拓宽开关磁阻电机的研究和应用领域,并且对推动我国电气传动领域的发展也具有十分重要的现实意义。关键词：开关磁阻电机,调速系统 DSP-based speed characteristics of SRM implementation - hardware AbstractThe Switched reluct
3、ance drive system has a simple structure, strong, flexible system control, speed performance, high efficiency, good dynamic performance advantages over the past two decades, both at home and abroad and in the Switched Reluctance Motor Speed Control systems research has developed rapidly. But for som
4、e special area of demand, but also did not conduct an in-depth research. This article is based on the requirements to three-phase switched reluctance motor for the study of its soft characteristics of speed control system for research. The main subject of the work have the following two parts: First
5、 of all, in-depth study of the switched reluctance motors basic features and mathematical models to draw a simple, useful torque through the current detection method. Secondly, the design DSP56F803 based on the switched reluctance drive circuit common hardware, software features can be speed control
6、, voltage angle and current chopper chopper control upper and lower limits.At present in many production machines, such as electric vehicles, beam pumping unit, the electric drill with soft features, such as the motor drive, DC motor that is characteristic of the Series. Soft characteristics of Swit
7、ched Reluctance Motor Speed Control System, will expand the Switched Reluctance Motors research and applications, and the promotion of Chinas electric drive development of the area is of great practical significance.Key words: Switched reluctance motor, Control system目 录1 绪论11.1 SR电机的发展概况11.2 课题综述11
8、.2.1 开关磁阻电机调速系统的组成及工作原理11.2.2 开关磁阻电机调速系统的主要技术特点31.3 本课题研究的主要容42 开关磁阻电机调速实现原理42.1 开关磁阻电机的数学模型分析与控制策略42.1.1开关磁阻电机的数学模型分析42.1.2开关磁阻电机的控制52.2 开关磁阻电机机械特性分析72.3 开关磁阻电机调速系统控制策略83 开关磁阻电机调速系统的硬件设计83.1硬件系统概述83.2 DSP56F803的特点93.3基于DSP56F803的控制器硬件设计103.4功率变换器的设计123.4.1 整流电路133.4.2 功率变换电路144 结论17致18参考文献191 绪论1.1
9、SR电机发展状况磁阻式电动机的研究最早可以追溯到19世纪40年代,但是由于当时的条件所限,采用的是机械开关,其运行特性、可靠性和机电能量转换效率都十分低下,所以在其后直到功率电子开关问世前的100多年间,一直也没有得到应有的重视。20世纪60年代,随着大功率晶闸管的使用,SR电机才又重新焕发出生机。开关磁阻电机及其调速控制系统Switched Reluctance Drive,简称SRD是位置、速度和电流三闭环控制系统,是典型的机电一体化产品,有着广泛的应用前景。目前,SR电机在国外已经得到了很大的发展,产品已经广泛地应用于电动车驱动系统、家用电器、电力拖动、伺服与调速系统、牵引电机、高转速电
10、机。由于开关磁阻电机Switched Reluctance Motor,简称SR电机结构简单、坚固,可靠性高,效率高,在一些要求高精度的电力拖动设备的控制系统中具有很多的优势。1.2 课题综述1.2.1 开关磁阻电机调速系统的组成及工作原理SRD主要由SR电机、功率变换器、控制器和位置检测器四部分组成,如图1所示1。 SR电机三相交流电功率变换器SRM外部给定微机控制器电流检测位置检测负载图1 SRD基本构成SR电机是SRD系统中实现机电能量转换的部件,也是SRD系统有别于其他电机驱动系统的主要标志,它的结构和工作原理与传统的交直流电动机有着根本的区别。它遵循磁阻最小原理磁通总要沿着磁阻最小的
11、路径闭合2,产生磁拉力形成转矩。因此,它的结构原则是转子旋转时磁路的磁阻要有尽可能大的变化。所以SR电机一般采用凸极定子和凸极转子形成,即所谓双凸极型结构,并且定、转子极数不相等。图2表示电机的横截面和一相电路的原理示意图。S1、S2是电子开关,SR电机调速系统整体工作过程如下：控制电路接收起动命令信号,在检测系统状态一切正常的情况下,根据位置传感器提供的各相定子齿极与转子齿极相对位置的信息,按起动逻辑给出相应的输出信号。例如,在图中定子A相齿极轴线AA与转子齿极1的轴线11不重合的情况下,应使功率变换器中控制A相绕组的开关元件S1和S2导通,A相绕组通电,而B,C和D三相绕组都不通电。电动机
12、建立起以AA为轴线的磁场,磁通通过气隙的磁感应线是弯曲的。此时,磁路的磁导小于定、转子齿极轴线AA和11重合时的磁导,转子受到气隙中弯曲磁感应线的切向磁拉力所产生转矩的作用,使转子逆时针方向转动,转子齿极1的轴线11向定子齿极AA趋近。当轴线AA和轴线11重合,即A相定、转子齿对齐时,切线方向的磁拉力消失,转子停止转动,此时称转子达到稳定平衡位置4。图2 SR电机工作原理功率变换器功率变换器是SR电机运行时所需能量的提供者,是连接电源和电动机绕组的开关部件。通过它将电源能量送入电机,也可将电机的磁场储能反馈回电源。SR电机的功率变换器主电路的结构形式与供电电压、电机相数及主开关器件的种类有关。
13、SR电机绕组电流是单向的,使得其功率变换器主电路不仅简单,而且具有普通交流及无刷直流驱动系统所没有的优点,即相绕组与主开关器件是串联的,因而可预防短路故障。控制器和位置检测器控制电路是系统的决策和指挥机构,它综合处理位置传感器、电流传感器所提供的转子位置、速度和电流等反馈信息及外部输入的命令,然后通过分析处理,决定控制策略,向功率变换器发出一系列执行命令,实现对SR电机运行状态的控制。在SRD中,要求控制器具有下述功能：1电流斩波控制或电压斩波控制。2角度位置控制。3起动、制动、停车及四象限运行。4速度调节。位置传感器向控制器提供转子位置及速度等信号,使控制器能正确地决定绕组的导通和关断时刻。
14、通常采用光电器件、霍尔元件或电磁线圈等方法进行位置检测。1.2.2开关磁阻电机调速系统的主要技术特点5从结构和运行原理上看,SR电机可以说是一种高速大步距的反应式步进电动机。两者的主要差别在于：步进电机作为一种信息传输、实现角位移精密传动的执行机构,它的转子轴运动服从电源的换相,而电源的换相通常是与转子位置无关的,属于转子位置开环控制；SR电机则不同,其定子供电电源的换相与转子位置直接有关,必须根据转子位置传感器提供的位置反馈信息来实现,属于转子位置的闭环控制。从运行状态上看,也可将SR电机调速系统视为无刷直流电机调速系统的发展,两系统中电机均运行在自同步状态。但无刷直流电机的转子有励磁,定子
15、多相绕组由逆变器提供交流电源；SR电机的转子则为反应式,无须励磁,定子绕组由直流脉冲电源供电,仅由简单的开关即能实现,这使得电机结构和变换器结构都得到简化。理论与实践表明,SR电机调速系统具有如下基本特点。1电机结构简单、适宜在恶劣条件下的可靠运行。SR电机的突出优点是转子上没有任何形式的绕组,亦无需采用永磁体构成转子磁极,因此最大速度不受限制,可达100000 r / min,也无高温退磁之忧。定子线圈为集中绕组,端部短而牢固。所以电机易于冷却。适用于各种恶劣、高温甚至强振动环境。2转矩方向与定子绕组电流方向无关,只需要单向的电流励磁,因此可以减少功率变换器的开关器件数,降低系统成本。另外,SR电机调速系统中每个功率开关器件均直接与绕组串联,根本上避免了直通短路现象。从而简化了控制保护单元的要求,既降低了成本,又具有高的可靠性。从控制结构上看,各相绕组相互独立工作,所以系统可以缺相运行,容错能力强,适宜在如航天飞机、电动汽车等特殊场合作为起动机或驱动系统使用。3可控参数多,调速性能好。控制SR电机调速的主要参数有四个：开通角、关断角、相电流幅值和相绕组电压。可控参数多,意味着控制灵活方便。采用不同控制方法和
