基于TMS320F2812的开关磁阻电机控制策略研究

发布时间：2017-09-18 08:31

  本文关键词：基于TMS320F2812的开关磁阻电机控制策略研究

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【摘要】：随着电力电子技术的发展,开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,简称SRM)的应用越来越广泛。开关磁阻电机转子无绕组和永磁体,结构简单坚固,没有永磁电机的退磁问题,适合在高温等恶劣环境中使用。此外,开关磁阻电机还具有可频繁起动制动、起动转矩电流比大、四象限运行和调速范围宽等优点,在泵类、油田、纺织业、机床设备以及电动车等领域中都具有良好的应用前景。但是开关磁阻电机双凸极的结构使其磁场具有非线性的特点,电机局部饱和严重,对铁芯损耗的分析较为困难。此外转矩脉动、振动和噪声是限制开关磁阻电机推广应用的瓶颈。本文进行了以下研究工作：(1)建立了开关磁阻电机的数学模型,通过有限元仿真得到电机磁链相对于电流和位置的曲线,并进行了实验验证。实验方法是先固定电机转子位置,再向电机施加电压脉冲,测量并记录相绕组中的电流值,根据施加电压的大小和持续时间得到磁链曲线。在所得磁链-电流数据的基础上使用Matlab进行进一步处理,得到转矩-磁链数据,在Simulink中建立了电机的非线性模型,通过对所得数据进行样条插值可以获得电流与转矩的关系。然后通过Maxwell/Simplorer的联合仿真验证所建模型是准确有效的。(2)对控制策略进行了仿真研究,在传统PI调速中加入了积分饱和校正环节,用实际电流值对积分值进行限制以减小超调量；加入转速微分环节,使用转速上升率对控制器输出进行调整,使控制性得到改善。之后对角度控制和两相励磁进行仿真研究,得到不同开通、关断角下各自的调速性能,根据电机运行状态选择最佳的开关角度,使电机运行在最优性能区。并对突加负载、多相励磁以及缺相运行等不同的情况分别进行了仿真和分析。(3)搭建了开关磁阻电机控制系统的硬件平台并编写了软件代码。采用基于TMS320F2812的通用控制板,控制板具有模／数转换器、PWM、数字输入／输出以及通信多个模块。在之前研究的控制策略基础上,编写了控制软件代码,能够采集相电流和捕获位置中断,对当前转速与位置进行判断,输出驱动信号实现调速,并能够与上位机和显示板进行通信。介绍了程序的整体框架、主程序和子程序的主要功能以及它们之间的逻辑关系。(4)使用开发的控制系统对开关磁阻电机进行了试验,并首先测量了位置信号、电压信号以及驱动信号等。试验包括空载试验、负载试验、运行中加减负载试验等,记录了电机的转速曲线和电流曲线。测试结果表明所开发的控制器能够实现正常的电机调速,证明了所做工作的正确性和有效性。
【关键词】：开关磁阻电机 建模仿真 控制策略 有限元分析 DSP
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM352
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 课题的背景和意义12-13
• 1.2 开关磁阻电机的原理与特性13-17
• 1.2.1 开关磁阻电机驱动系统13-14
• 1.2.2 开关磁阻电机本体14-15
• 1.2.3 SRD系统中的功率驱动电路15
• 1.2.4 SRD系统的控制15-17
• 1.3 开关磁阻电机国内外研究现状17-18
• 1.4 本文研究内容介绍18-20
• 第二章 开关磁阻电机调速模型的建立与验证20-40
• 2.1 电机的微分描述方程20-22
• 2.2 建立有限元仿真模型22-23
• 2.3 电机磁链和转矩曲线的获取23-29
• 2.3.1 有限元软件仿真获取23-26
• 2.3.2 实验验证26-29
• 2.4 在Simulink中建立SRD系统模型29-35
• 2.4.1 建立开关磁阻电机线性模型29-31
• 2.4.2 建立开关磁阻电机非线性模型与SRD系统模型31-35
• 2.5 Simplorer与Maxwell联合仿真验证35-38
• 2.6 本章小结38-40
• 第三章 电流斩波与角度控制策略的仿真研究40-53
• 3.1 CCC方式PI控制策略的仿真研究40-43
• 3.1.1 SRD系统的PI控制仿真分析40-42
• 3.1.2 突加负载情况下的PI控制仿真分析42-43
• 3.2 PI控制算法的改进43-46
• 3.2.1 添加饱和校正环节43-45
• 3.2.2 根据速度微分量调节积分值45-46
• 3.3 导通角度选择与相控方式46-52
• 3.3.1 导通角度的选取46-50
• 3.3.2 两相起动与缺相运行50-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第四章 基于TMS320F2812的SRD系统硬件与软件设计53-68
• 4.1 开关磁阻电机驱动整体系统设计53-54
• 4.2 基于DSP的通用控制板设计54-61
• 4.2.1 DSP控制板电源设计55-56
• 4.2.2 电流检测电路设计56-57
• 4.2.3 位置检测电路设计57-59
• 4.2.4 驱动信号输出电路59
• 4.2.5 通信电路设计59-61
• 4.3 软件设计部分61-66
• 4.3.1 主程序的结构61-63
• 4.3.2 程序的初始化63
• 4.3.3 中断服务程序与其他子程序63-65
• 4.3.4 测速与位置计算子函数65-66
• 4.3.5 通信子程序66
• 4.4 本章小结66-68
• 第五章 试验平台的搭建与测试68-75
• 5.1 试验系统整体介绍68-69
• 5.2 导通角度的调整对电流波形的影响69-70
• 5.3 空载起动试验70-72
• 5.4 负载试验72-74
• 5.5 本章小结74-75
• 第六章 全文总结75-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-83
• 附件83

【参考文献】

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1 司利云,刘震;开关磁阻电动机电流控制方式仿真与研究[J];计算机仿真;2005年02期

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本文编号：874472