小步距角开关磁阻电机控制系统设计

发布时间：2017-06-30 23:16

  本文关键词：小步距角开关磁阻电机控制系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：开关磁阻电机驱动系统(SRD)是20世纪80年代迅速发展起来的一种新型调速系统,由于开关磁阻电机兼具异步电动机的结构简单、运行可靠、成本低和直流电动机的控制简单、调速性能优异、能够频繁正反转的优点,因此在现代交流调速系统中占有重要的地位。反应式步进电机是一种小步距角的开关磁阻电机。本文以一台三相反应式步进电机为对象,设计了基于旋转变压器的小步距角开关磁阻电机控制系统,使该电机的转速范围和转矩得以大幅度的提升。同时,该系统又可以在极低的转速下以步进电机的方式运行,从而极大地扩展了步进电机的应用范围。本文首先介绍了开关磁阻电机调速系统的各个组成部分以及开关磁阻电机的基本结构和工作原理,并基于开关磁阻电机的线性数学模型对其绕组电感、绕组磁链、绕组电流以及电磁转矩进行了分析,同时探讨了开关磁阻电机的各种调速方式的优缺点和适用场合。在此基础上,以dsPIC30f4011数字控制器为控制核心,设计了小步距角开关磁阻电机控制系统的软硬件。首先给出了基于旋转变压器的转子位置检测系统,以及采用CORDIC算法的低成本、无需专用解码芯片的角度解码方案。随后,给出了包括主电路、MOSFET驱动电路、控制电路、保护电路以及相电流监测电路等在内的系统硬件设计。在系统的软件设计中,制定了基于变角度电压PWM斩波的控制策略,给出了软件系统主要部分的程序流程图,并重点阐述了绕组换相、转速计算、转速PI控制等功能的软件实现。最后,搭建了电机控制系统的实验平台,并利用该平台分别对实验电机进行了步进电机控制方式和开关磁阻电机控制方式下的调速实验,测量了不同控制方式下的电机转速范围。实验结果表明采用开关磁阻电机控制方式可以大幅度提升反应式步进电机的转速范围和高速运行时的转矩,从而拓展步进电机的应用范围,达到了预期目标。
【关键词】：开关磁阻电机 旋转变压器 变角度电压斩波 PI控制器
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM352
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 开关磁阻电机发展概况10-11
• 1.2 开关磁阻电机的主要研究方向及研究现状11-17
• 1.2.1 开关磁阻电机数学模型的研究11-13
• 1.2.2 控制策略的研究13-16
• 1.2.3 无位置传感器技术的研究16-17
• 1.3 课题研究的目的和意义17
• 1.4 论文的主要内容及结构安排17-19
• 第二章 开关磁阻电机调速系统的基本构成与特点19-34
• 2.1 开关磁阻电机调速系统的组成19-24
• 2.1.1 开关磁阻电机的结构与运行原理20-21
• 2.1.2 功率变换器拓扑结构21-23
• 2.1.3 信号检测23-24
• 2.2 开关磁阻电机的基本方程24-26
• 2.2.1 电路方程24-25
• 2.2.2 机械方程25
• 2.2.3 机电联系方程25-26
• 2.3 开关磁阻电机的线性数学模型26-31
• 2.3.1 相绕组电感26-27
• 2.3.2 相绕组磁链27-29
• 2.3.3 相绕组电流29-30
• 2.3.4 电磁转矩30-31
• 2.4 开关磁阻电机的控制方式31-33
• 2.4.1 电压斩波控制（CVC）31
• 2.4.2 电流斩波控制（CCC）31-32
• 2.4.3 角度位置控制（APC）32
• 2.4.4 组合控制方式32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 转子位置检测系统设计34-55
• 3.1 光电式转子位置传感器34-37
• 3.2 旋转变压器的工作原理37-41
• 3.3 转子位置检测系统结构41-42
• 3.4 转子位置检测系统硬件设计42-45
• 3.4.1 励磁信号模块42-43
• 3.4.2 旋转变压器输出信号采样模块43-44
• 3.4.3 通信模块44-45
• 3.5 转子位置检测系统软件设计45-51
• 3.5.1 系统程序45-46
• 3.5.2 角度解码46-51
• 3.6 实验测试及结果分析51-54
• 3.7 本章小结54-55
• 第四章 控制系统硬件设计55-67
• 4.1 控制系统硬件结构框图55-56
• 4.2 功率变换器设计56-57
• 4.3 MOSFET驱动电路57-59
• 4.4 主控制器59-61
• 4.4.1 ds PIC30f4011芯片介绍59-60
• 4.4.2 主控电路60-61
• 4.5 系统电源设计61-62
• 4.6 故障检测与保护电路62-64
• 4.6.1 过压保护电路62-63
• 4.6.2 过流保护电路63-64
• 4.7 LCD显示电路64-65
• 4.8 相电流波形监测电路65-66
• 4.9 本章小结66-67
• 第五章 控制系统软件设计67-77
• 5.1 系统控制策略67-68
• 5.2 控制系统软件68-76
• 5.2.1 主程序69-70
• 5.2.2 中断服务子程序70-72
• 5.2.3 换相位置自学习72-74
• 5.2.4 绕组换相逻辑74-75
• 5.2.5 转速计算75
• 5.2.6 速度闭环控制75-76
• 5.3 本章小结76-77
• 第六章 系统实验与结果分析77-87
• 6.1 实验平台77-80
• 6.2 系统实验结果及相关波形80-85
• 6.2.1 开环步进控制方式81-82
• 6.2.2 开关磁阻电机控制方式82-83
• 6.2.3 实验波形与分析83-85
• 6.3 本章小结85-87
• 第七章 总结与展望87-89
• 7.1 总结87
• 7.2 展望87-89
• 参考文献89-94
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文94-95
• 附录A：SRM电机控制板原理图95-96
• 附录B：SRM电机控制板PCB图96-97
• 致谢97-98

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