【正文】 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) VI 7 軟件設(shè)計(jì) ......................................................................................................................... 28 主程序設(shè)計(jì) .............................................................................................................. 28 啟動(dòng)程序設(shè)計(jì) .......................................................................................................... 29 運(yùn)行模塊流程圖 ...................................................................................................... 30 測(cè)速和換相程序設(shè)計(jì) .............................................................................................. 31 PI 調(diào)速模塊設(shè)計(jì) ...................................................................................................... 33 速度顯示模塊設(shè)計(jì) .................................................................................................. 34 中斷程序設(shè)計(jì) .......................................................................................................... 34 8 SIMULINK 原理仿真 ........................................................................................................ 35 電機(jī)模塊 .................................................................................................................. 35 功率驅(qū)動(dòng)模塊 .......................................................................................................... 35 位置檢測(cè)模塊 .......................................................................................................... 36 PI 調(diào)速模塊 ............................................................................................................. 36 系統(tǒng)仿真及結(jié)論 ...................................................................................................... 37 9 軟硬件聯(lián)調(diào)結(jié)果 ............................................................................................................. 39 調(diào)試過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法 .......................................................................... 39 調(diào)試結(jié)果及進(jìn)一步改進(jìn)的方向 .............................................................................. 40 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 41 致 謝 ................................................................................................................................. 42 附錄Ⅰ 電路圖 ................................................................................................................... 43 附錄Ⅱ 程序清單 ............................................................................................................... 44 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)概述 作為新一代的調(diào)速電機(jī)，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) ( Switched Reluctance Drive 簡(jiǎn)稱SRD)是從 20 世紀(jì) 80 年代中期逐步發(fā)展起來(lái)的，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固等優(yōu)點(diǎn)，由于其構(gòu)成的 SRD 性能優(yōu)良，所以較其他調(diào)速系統(tǒng)更有競(jìng)爭(zhēng)潛力。 SR 電機(jī)的結(jié)構(gòu)比籠型異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單，但 SR 電機(jī)的控制要求根據(jù)負(fù)載和運(yùn)行條件的不同，在不同的轉(zhuǎn)子相對(duì)位置下通斷各相繞組的主開(kāi)關(guān)器件，這樣既提高了電機(jī)控制的靈活性，也增加了電機(jī)運(yùn)行控制的復(fù)雜性，顯然，如果不采用軟件與硬件相結(jié)合的數(shù)字控制系統(tǒng)對(duì) SR 電機(jī)進(jìn)行控制， SRD 性能的提高必然受到一定的限制，同時(shí)控制器的硬件 電路亦將過(guò)于復(fù)雜和龐大。因此 ，為了簡(jiǎn)化控制電路，充分利用 SR 電機(jī)控制方式靈活多變的優(yōu)點(diǎn)，完善系統(tǒng)的功能，有必要使用數(shù)字控制系統(tǒng)對(duì) SR 電機(jī)進(jìn)行控制。一方面，采用直接數(shù)字控制簡(jiǎn)化了硬件電路，提高了系統(tǒng)的可靠性，另一方面，直接數(shù)字控制符合 SRD 系統(tǒng)的特點(diǎn)，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展為直接數(shù)字控制提供了強(qiáng)大的物質(zhì)和技術(shù)支持，目前開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)已 開(kāi)始 廣泛 應(yīng)用于工，航空業(yè)和家用電器等各個(gè)領(lǐng)域，隨著對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)認(rèn)識(shí)的深入，其應(yīng)用必將更為普遍。 開(kāi)關(guān) 磁阻電動(dòng)機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 現(xiàn)代 SR 電 動(dòng) 機(jī)的發(fā)展始于 20 世紀(jì) 60 年代，電子工業(yè)的發(fā)展為電氣傳動(dòng)領(lǐng)域 提供了強(qiáng)有力的功率電子器件和可靠、低廉、多功能的控制器件。 60 年代末， 提出了增加飽和度有利于提高磁阻電動(dòng)機(jī)出力的觀點(diǎn)，才使得 SR 電機(jī)得到迅速的發(fā)展。但在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)，對(duì)磁阻電機(jī)的研究基本處于對(duì)其運(yùn)行原理和性能特性的探索和論證。 國(guó)外， 70 年代初，美國(guó) FORDMOTOR 公司研制出了最早的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng) (Switched Reluctance Drive)。其機(jī)構(gòu)為軸向氣隙電動(dòng)機(jī)。晶閘管功率電路，具有電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和較寬范圍調(diào)速的能力，特別適合于作蓄電池供電的電動(dòng)車輛傳動(dòng) 。 1981 年，英國(guó) TASC 公司 (TASC Drives Ltd.)獲準(zhǔn)制造該系 統(tǒng)， 于 1983 年推出開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) (Switched Reluctance motor Drive System，簡(jiǎn)稱 SRD 系統(tǒng) )的系列產(chǎn)品，取名為 OULTON，調(diào)速范圍為 30— 3000/rmin，容量范圍為 4— 22kW。該產(chǎn)品的出現(xiàn)在電氣傳動(dòng)界引起了不小的反響。因?yàn)樗诤芏嘈阅苤笜?biāo)上達(dá)到了出人意料的高水平，整個(gè)系統(tǒng)的綜合性能價(jià)格指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)了工業(yè)中長(zhǎng)期廣泛應(yīng)用的一開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 些變速傳動(dòng)系統(tǒng)。 1985 年研制成 200kW 的樣機(jī)，最大轉(zhuǎn)速 為 10000r/min， 美國(guó)開(kāi)發(fā)了用于航空航天方面的 SRD 系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速可達(dá) 25000r/min。 國(guó)內(nèi)，從 1984 年開(kāi)始許多單位先后開(kāi)展了 SR 電機(jī)的研究工作，如北京紡織機(jī)電研究所、南京航空航天大學(xué)、東南大學(xué)、福州大學(xué)、華中理工大學(xué)、華南理工大學(xué)、河海大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)、哈爾濱電工學(xué)院等，且開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究被列為中小型電機(jī) “七五科研規(guī)劃項(xiàng)目 ”。 1985 年華中理工大學(xué)研制以 SCR 為功率開(kāi)關(guān)器件的 kW 的 SRD 系統(tǒng)； 1987年，北京紡織機(jī)械研究所與南京調(diào)速電機(jī)廠合作開(kāi)發(fā)了 3kW 的 8/6 極、以 BJT 為功率開(kāi)關(guān)器件和以單片機(jī) 8751 為核心芯片的控制器的 SRD 系統(tǒng)產(chǎn)品； 1993 年， 30kW級(jí)別的 SR 電機(jī)在山東淄博電機(jī)二廠通過(guò)鑒定； 2020 年，國(guó)內(nèi) 10kW 以上的 SR 電機(jī)已應(yīng)用于煤礦的采煤機(jī)，并開(kāi)始進(jìn)行 180kw 的 SR 電機(jī)在地鐵機(jī)車上的應(yīng)用研制。 近 20 年來(lái)， SR 電機(jī)的研究在國(guó)內(nèi)外取得了很大的發(fā)展，但作為一種新型調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，研究的歷史較短，其技術(shù)涉及到電機(jī)、微電子、電力電子、微機(jī)、控制、機(jī)械及工程應(yīng)用等眾多學(xué)科領(lǐng)域的新技術(shù)，變頻調(diào)速感應(yīng)電機(jī)、無(wú)換向器直流電機(jī)等經(jīng)歷了幾個(gè)年代的開(kāi)發(fā)推廣，目前己領(lǐng)先一步， 有著極其廣闊的市場(chǎng)前景。 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的組成 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要由 開(kāi)關(guān)磁阻 電 動(dòng) 機(jī)、功率 驅(qū)動(dòng) 器、控制器和檢測(cè)器四部分組成 如圖 11。 圖 11 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)框圖 電能輸入 指令輸入 功率驅(qū)動(dòng)器 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 負(fù)載 電流檢測(cè)器 位置檢測(cè)器 控制器 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來(lái)看，系統(tǒng)通常由 SR 電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器兩部分組成，其電動(dòng)機(jī)部分包含位置傳感器，驅(qū)動(dòng)器部分包含功率 驅(qū)動(dòng) 器和控制電路等。 1．開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 開(kāi) 關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（簡(jiǎn)稱 SRM）是 SRD 中實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的部件也是 SRD 有別于其他電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要標(biāo)志它遵循磁通總是要沿著磁 導(dǎo)最大的路徑閉合的原理由磁拉力作用產(chǎn)生具有磁阻性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩采用雙凸極結(jié)構(gòu)就是要使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)磁路的磁阻要盡可能大地變化。 2．功率 驅(qū)動(dòng) 器 功率 驅(qū)動(dòng) 器是開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)所需能量的供給者，是連接電源和電動(dòng)機(jī)繞組的開(kāi)關(guān)部件。因此功率 驅(qū)動(dòng) 器包括由整流器所產(chǎn)生的直流電源和開(kāi)關(guān)元件等。功率驅(qū)動(dòng) 器有三個(gè)作用：起開(kāi)關(guān)作用，使繞組與電源接通或斷開(kāi)；為繞組的儲(chǔ)能提供回饋路徑；為 SRM 提供電能量，以滿足所需機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。 SRD 的 分類 主要取決于功率驅(qū)動(dòng) 器。 3．控制器 控制器是整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的核心，起決策和指揮作用。根據(jù) 控制器中設(shè)定好的控制策略及其相應(yīng)的算法，將外部反饋的電流、位置等檢測(cè)輸入量與內(nèi)部程序中計(jì)算得出的給定量進(jìn)行比較判斷，決定電機(jī)的控制方式，并在合理的轉(zhuǎn)子位置控制功率 驅(qū)動(dòng) 器中各相主開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量合理、有效的轉(zhuǎn)化。控制器由具有較強(qiáng)的信息處理功能的微機(jī)構(gòu)成。微機(jī)信息處理功能大部分是由軟件完成，因此，軟件也是控制器的一個(gè)重要組成部分。 4．位置檢測(cè)器 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是位置閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)各相繞組必須與轉(zhuǎn)子位置同步激勵(lì)，并且轉(zhuǎn)子位置測(cè)量的精度和分辨率直接影響到調(diào)速性能的好壞。位置 檢測(cè)的目的是確定定 子與 轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置，即要用位置傳感器檢測(cè)定轉(zhuǎn)子相對(duì)位置，然后位置信號(hào)反饋至邏輯控制電路，以確定對(duì)應(yīng)相繞組的通斷。 5．電流檢測(cè)器 相電流檢測(cè)是開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)電流斬波控制方式（ CCC 方式）運(yùn)行的需要，也是系統(tǒng)過(guò)流保護(hù)的需要。單向、脈動(dòng)以及波形隨運(yùn)行方式、運(yùn)行條件不同而變化很大是開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)相電流的基本特點(diǎn)。因此開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的電流檢測(cè)器應(yīng)具有快速性好，開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 靈敏度高，單向電流檢測(cè)，線性度好，抗干擾的優(yōu)點(diǎn)。 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的性能特點(diǎn) SRD 系統(tǒng)具有十分突出的性能優(yōu)點(diǎn) ： 、成本低、 適用于高速場(chǎng)合 SR 電機(jī)的結(jié)構(gòu)甚至比通常被認(rèn)為是最簡(jiǎn)單的鼠籠式感應(yīng)電機(jī)還要簡(jiǎn)單。其顯著的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)子上沒(méi)有任何形式的繞組，只有定子邊有集中繞組，因此制造簡(jiǎn)單，維護(hù)起來(lái)方便，絕緣容易。同時(shí)其轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度很高，可用于超高速運(yùn)轉(zhuǎn) (10000r/min)。一般來(lái)說(shuō)，中小 SRD，其成本可以低于同功率和類似性能的其他現(xiàn)代調(diào)速系統(tǒng)。 ，有很高的運(yùn)行可靠性 SR 電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)不同于傳統(tǒng)的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)理。從電磁結(jié)構(gòu)上看，一般電機(jī)要正常運(yùn)轉(zhuǎn)就必須在各相繞組和磁路共同作用下產(chǎn)生一個(gè)圓旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。而 SR 電機(jī)各相繞組和磁 路相互獨(dú)立，各自在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。從控制結(jié)構(gòu)上看， SR 電機(jī)