【正文】 中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書畢業(yè)設(shè)計說明書電動自行車開關(guān)磁阻電動機控制器 任少偉110504422 1105044228 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 計算機與控制工程學(xué)院學(xué) 院： 電氣工程及其自動化專 業(yè)： 常曉麗指導(dǎo)教師： 2015年 6 月 電動自行車開關(guān)磁阻電動機控制器 摘 要 開關(guān)磁阻電動機驅(qū)動系統(tǒng)（簡稱 SRD）是隨著電力電子、計算機、微電子的迅速發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型機電一體化無級調(diào)速系統(tǒng)，它將開關(guān)磁阻電動機、電力電子技術(shù)、控制技術(shù)融合為一體 不僅保持了交流異步電機的結(jié)構(gòu)簡單、堅固可靠和直流電動機可控性好的優(yōu)點而且還具有交流調(diào)速系統(tǒng)和直流調(diào)速系統(tǒng)所無法比擬的顯著特點。論文以三相6/4極 SRM為研究對象，完成了以單片機為核心組成的調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計方案，系統(tǒng)采用PWM控制方式，選用三相全橋式功率驅(qū)動器主電路，主開關(guān)器件選用功率MOSFET，設(shè)計了以單片機AT89C51為核心的控制器，主要對電流檢測、位置檢測、故障保護和顯示電路等外圍電路進行了設(shè)計，具有過流保護功能。同時本設(shè)計采用了模塊化的編程方法，增強了程序的可讀性和易操作性?；陂_關(guān)磁阻電動機的準線性動態(tài)模型,利用Protues軟件 ,對開關(guān)磁阻電動機進行仿真。為此系統(tǒng)的進一步改進打下了基礎(chǔ)。仿真結(jié)果達到了預(yù)期的SRD 控制效果。本文用該設(shè)計進行了開關(guān)磁阻電機控制的模擬試驗，達到了初步的實驗效果，在軟硬件兩方面為以后開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)這一課題的研究進行了有益的探索和實踐。關(guān)鍵詞：開關(guān)磁阻電機；單片機；功率驅(qū)動器；調(diào)速系統(tǒng) Electric bicycle switched reluctance motor controller Abstract Switched reluctance motor drive system (SRD) with the rapid development of power electronics, puter, microelectronics and the emergence of a new Mechatronics stepless speed regulating system, it will switch reluctance motor, power electronics technology, control technology integration as a whole not only keeps the notable characteristics of the structure of AC asynchronous motor is simple, firm and reliable and the advantages of DC motor controlled but also has AC speed control system of DC speed regulating system is unable to pare. The threephase 6 / 4 pole SRM as the research object, pleted the singlechip microputer as the core ponent of speed control system design, system adopts PWM control mode, selection of threephase full bridge power driver circuit, main switch selects IGBT, design the STC89C51 MCU as the core controller, mainly of current detection, position detection, fault protection and display circuit and other peripheral circuits are designed with current protection the same time, this design adopts a modularized programming method, which enhances the readability and operability of the program.. Based on the quasi linear dynamic model of switched reluctance motor, MATLAB/SIMULINK is used to simulate the switched reluctance motor.. Further improvement of the system laid the foundation.. The simulation results achieved the expected SRD control effect. The with the design of switched reluctance motor control simulation test, the preliminary experimental results are obtained. In the aspects of software and hardware for later switched reluctance motor control system of the subject research of beneficial exploration and practice. Key words: switched reluctance motor。 SCM。 power driver。 speed control system 目 錄1 開關(guān)磁阻電動機概述 1 1 2 42 開關(guān)磁阻電動機的原理與控制 5 6 7 9 （CCC）方式 10 （APC）方式 10 （PWM）方式 11 12 123系統(tǒng)總體設(shè)計 14 14 15 17 185 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 19 19 216主控系統(tǒng)設(shè)計 23 23 24 247 軟件設(shè)計 26 26 啟動程序設(shè)計 27 28 29 31 32 328 SIMULINK原理仿真 34 34 34 位置檢測模塊 35 PI調(diào)速模塊 35 系統(tǒng)仿真及結(jié)論 36參考文獻 37附錄Ⅰ 電路圖 38附錄Ⅱ 程序清單 39第 0 頁 共 1 頁 1 開關(guān)磁阻電動機概述新一代的調(diào)速電機，開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)( Switched Reluctance Drive簡稱SRD)是從20世紀80年代中期逐步發(fā)展起來的，開關(guān)磁阻電機具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固的優(yōu)點，因為其構(gòu)成的SRD性能優(yōu)良，所以較其他調(diào)速系統(tǒng)更有競爭潛力。SR電機的結(jié)構(gòu)比籠型異步電動機簡單，但SR電機的控制要求根據(jù)負載和運行條件的不同，在不同的轉(zhuǎn)子相對位置下通斷各相繞組的主開關(guān)器件，這樣既提高了電機控制的靈活性，也增加了電機運行控制的復(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SR電機進行控制，SRD性能的提高必然受到一定的限制，同時控制器的硬件 電路亦將過于復(fù)雜和龐大。因此，為了簡化控制電路，充分利用SR電機控制方式靈活多變的優(yōu)點，完善系統(tǒng)的功能，有必要使用數(shù)字控制系統(tǒng)對SR電機進行控制。一方面，采用直接數(shù)字控制簡化了硬件電路，提高了系統(tǒng)的可靠性，另外一方面，直接數(shù)字控制符合SRD系統(tǒng)的特點，現(xiàn)代計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展為直接數(shù)字控制提供了強大的物質(zhì)和技術(shù)支持，目前開關(guān)磁阻電動機已開始廣泛應(yīng)用于工，航空業(yè)和家用電器等各個領(lǐng)域，隨著對開關(guān)磁阻電動機認識的深入，應(yīng)用必將更為普遍?，F(xiàn)代SR電動機的發(fā)展開始于20世紀60年代，電子工業(yè)的發(fā)展給電氣傳動領(lǐng)域提供了可靠、低廉、多功能的控制器件。60年代末，從而SR電機得到迅速的發(fā)展。在相當(dāng)長的一段時期內(nèi)，磁阻電機的研究處于對其運行原理和性能特性的探索和論證。 在國外，70年代初，美國FORDMOTOR公司研制出了最早的開關(guān)磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)(Switched Reluctance Drive)。它的機構(gòu)為軸向氣隙電動機。晶閘管功率電路，具有電動機和發(fā)電機運行狀態(tài)和較寬范圍調(diào)速的能力，適合于作蓄電池供電的電動車輛傳動。1981年，英國TASC公司(TASC Drives Ltd.)獲準制造該系統(tǒng)，在1983年推出開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)(Switched Reluctance motor Drive System，簡稱SRD系統(tǒng))的系列產(chǎn)品，取名為OULTON，調(diào)速范圍為30—第 1 頁 共 48 頁 3000/rmin，容量范圍為4—22kW。這一產(chǎn)品的出現(xiàn)在電氣傳動界引起了不小的反響。因為它在很多性能指標上達到了出人意料的高水平，整個系統(tǒng)的綜合性能價格指標達到或著超過了工業(yè)中長期廣泛應(yīng)用的一些變速傳動系統(tǒng)。1985年研制成200kW的樣機，最大轉(zhuǎn)速為10000r/min，美國開發(fā)了用于航空航天方面的SRD系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速可達25000r/min。 在國內(nèi)，從1984年開始，許多單位先后開展了SR電機的研究工作，如北京紡織機電研究所、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)、哈爾濱電工學(xué)院，并且開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)的研究被列為中小型電機“七五科研規(guī)劃項目”。 kW的SRD系統(tǒng)；1987年，北京紡織機械研究所和南京調(diào)速電機廠合作開發(fā)了3kW的8/6極、以BJT為功率開關(guān)器件和以單片機8751為核心芯片的控制器的SRD系統(tǒng)產(chǎn)品；1993年，30kW級別的SR電機在山東淄博電機二廠通過鑒定；2000年，國內(nèi)10kW以上的SR電機已應(yīng)用于煤礦的采煤機，并且開始進行180kw的SR電機在地鐵機車上的應(yīng)用研制。 近20年來，SR電機的研究在國內(nèi)外取得了很大的發(fā)展，作為一種新型調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)，研究的歷史較短，技術(shù)涉及到電機、微電子、電力電子、微機、控制、機械及工程應(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、無換向器直流電機等經(jīng)歷幾個年代的開發(fā)推廣，目前領(lǐng)先一步，其有著極其廣闊的市場前景。開關(guān)磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)主要是由開關(guān)磁阻電動機、功率驅(qū)動器、。第2頁 共 48 頁 電源指令輸入功率變動器開關(guān)磁阻電動機負載電流檢測器位置檢測器控制器 SRD系統(tǒng)基礎(chǔ)構(gòu)成從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)看，系統(tǒng)通常由SR電機和驅(qū)動器兩部分組成，電動機部分包含位置傳感器，驅(qū)動器部分包含功率驅(qū)動器和控制電路。1．開關(guān)磁阻電動機 開關(guān)磁阻電動機（簡稱SRM）SRD中實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的部件也是SRD有別于其他電動機驅(qū)動系統(tǒng)其主要標志它遵循磁通總是要沿著磁導(dǎo)最大的路徑閉合的原理是由磁拉力作用產(chǎn)生具有磁阻性質(zhì)電磁轉(zhuǎn)矩采用雙凸極結(jié)構(gòu)是要使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時磁路的磁阻要盡可能大地變化。 2．功率驅(qū)動器 功率驅(qū)動器是開關(guān)磁阻電動機運行時所需能量的供給者，是連接電源和電動機繞組的開關(guān)部件。所以功率驅(qū)動器包括由整流器所產(chǎn)生直流電源和開關(guān)元件等。功率驅(qū)動器有三個作用：起開關(guān)作用，使繞組與電源接通或斷開；為繞組的儲能提供回饋路徑；為SRM提供電能量，以滿足所需機械能的轉(zhuǎn)換。SRD的分類主要取決功率驅(qū)動器。 3．控制器 控制器是整