【正文】 4級軸線與定子CC1極軸線對齊，轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)過30176。 。因此，SR電機(jī)要突出速度控制和實現(xiàn)系統(tǒng)高效率，故其設(shè)計思路大不相同。這是SR電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的相似之處，但是在以下兩方面SR電機(jī)不同于步進(jìn)電機(jī)。 SR電機(jī)的轉(zhuǎn)子不存在勵磁及轉(zhuǎn)差損耗，功率變換器開關(guān)器件少，相應(yīng)的損耗也小。一般用于電機(jī)低速區(qū)。關(guān)鍵在于將角度量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)速度時的時間可控量。 ，調(diào)速范圍寬。 ，低起動電流。從而可使每相繞組只需一個主開關(guān)，降低功率驅(qū)動器成本。而SR電機(jī)各相繞組和磁路相互獨立，在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。同時其轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度很高，可用于超高速運(yùn)轉(zhuǎn)(10000r/min)。單向、脈動以及波形隨運(yùn)行方式、運(yùn)行條件不同而變化很大是開關(guān)磁阻電機(jī)相電流的基本特點。微機(jī)信息處理功能大部分是由軟第3頁 共 48 頁 件完成，所以軟件也是控制器的一個重要組成部分。SRD的分類主要取決功率驅(qū)動器。1．開關(guān)磁阻電動機(jī) 開關(guān)磁阻電動機(jī)（簡稱SRM）SRD中實現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的部件也是SRD有別于其他電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)其主要標(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。 kW的SRD系統(tǒng)；1987年，北京紡織機(jī)械研究所和南京調(diào)速電機(jī)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(jī)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(jī)在山東淄博電機(jī)二廠通過鑒定；2000年，國內(nèi)10kW以上的SR電機(jī)已應(yīng)用于煤礦的采煤機(jī)，并且開始進(jìn)行180kw的SR電機(jī)在地鐵機(jī)車上的應(yīng)用研制。這一產(chǎn)品的出現(xiàn)在電氣傳動界引起了不小的反響。 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(jī)調(diào)速系統(tǒng)(Switched Reluctance Drive)。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(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，目前開關(guān)磁阻電動機(jī)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(jī)認(rèn)識的深入，應(yīng)用必將更為普遍。 power driver。仿真結(jié)果達(dá)到了預(yù)期的SRD 控制效果。論文以三相6/4極 SRM為研究對象，完成了以單片機(jī)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(jī)AT89C51為核心的控制器，主要對電流檢測、位置檢測、故障保護(hù)和顯示電路等外圍電路進(jìn)行了設(shè)計，具有過流保護(hù)功能。同時本設(shè)計采用了模塊化的編程方法，增強(qiáng)了程序的可讀性和易操作性。本文用該設(shè)計進(jìn)行了開關(guān)磁阻電機(jī)控制的模擬試驗，達(dá)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(jī)控制系統(tǒng)這一課題的研究進(jìn)行了有益的探索和實踐。 speed control system 目 錄1 開關(guān)磁阻電動機(jī)概述 1 1 2 42 開關(guān)磁阻電動機(jī)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(xiàn) 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(jī)概述新一代的調(diào)速電機(jī)，開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)( Switched Reluctance Drive簡稱SRD)是從20世紀(jì)80年代中期逐步發(fā)展起來的，開關(guān)磁阻電機(jī)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?，F(xiàn)代SR電動機(jī)的發(fā)展開始于20世紀(jì)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。它的機(jī)構(gòu)為軸向氣隙電動機(jī)。因為它在很多性能指標(biāo)上達(dá)到了出人意料的高水平，整個系統(tǒng)的綜合性能價格指標(biāo)達(dá)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)。 近20年來，SR電機(jī)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(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)、無換向器直流電機(jī)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。 2．功率驅(qū)動器 功率驅(qū)動器是開關(guān)磁阻電動機(jī)運(yùn)行時所需能量的供給者，是連接電源和電動機(jī)繞組的開關(guān)部件。 3．控制器 控制器是整個調(diào)速系統(tǒng)的核心，起著決策和指揮作用。 4．位置檢測器 開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是位置閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，開關(guān)磁阻電機(jī)各相繞組必須與轉(zhuǎn)子位置同步激勵，并且轉(zhuǎn)子位置測量的精度和分辨率直接影響到調(diào)速性能的好壞。因此開關(guān)磁阻電機(jī)的電流檢測器應(yīng)該具有快速性好，靈敏度高，單向電流檢測，線性度好，抗干擾的優(yōu)點。一般來說，中小SRD，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)。在控制結(jié)構(gòu)上看，SR電機(jī)各相電路各自給一相繞組供電，也是相互獨立工作，由此可知，當(dāng)SR電機(jī)一相繞組或控制器一相電路發(fā)生故障時，只需停止該相的工作，在控制方面并不需要對其他相做任何變動。 ，可靠性高。 控制器從電源側(cè)吸收較少的電流，在電機(jī)側(cè)得到較大的起動轉(zhuǎn)矩是SRD的一大特點。 由于SR電機(jī)控制參數(shù)多，所以控制器的控制方式也有多種，并不是僅僅依靠控制開關(guān)管的開通，關(guān)斷順序來進(jìn)行控制。適合于電機(jī)較高速運(yùn)行區(qū)。 (3) 電壓斬波控制方式。其次，可控參數(shù)多，控制靈活，易于在很寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實現(xiàn)高效優(yōu)化控制。第一，步進(jìn)電機(jī)是一般位置開環(huán)控制，而SR電機(jī)是位置閉環(huán)控制。 SR電機(jī)可以設(shè)計成單相、兩相、三相、四相以及多相等不同的相數(shù)結(jié)構(gòu)，相數(shù)越多，則步進(jìn)角越小，這樣有利于減小轉(zhuǎn)矩脈動，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且主開關(guān)器件多，成本高。 SR電機(jī)的結(jié)構(gòu)類型相數(shù)3456789定子極數(shù)681012141618轉(zhuǎn)子極數(shù)46810121416步進(jìn)角（度）301596SR電動機(jī)的運(yùn)行遵循“磁阻最小原理”磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合。C相斷電，B相通電，則使轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)過30176。如此循環(huán)往復(fù)，定子按A→C→B→A...的順序通電，電機(jī)便沿順時針方向旋轉(zhuǎn)。 當(dāng)電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩T與作用于電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩不相符時，轉(zhuǎn)速就會發(fā)生變化 產(chǎn)生角加速度，根據(jù)力學(xué)原理，可以寫出這時的轉(zhuǎn)矩平衡方程式 W由于電路、磁路的非線性和開關(guān)性，使得上述方程組很難計算，通常需要根據(jù)具體運(yùn)行狀態(tài)和研究目的進(jìn)行必要的簡化，一般都采用線性模型進(jìn)行簡化，線性模型有利于對SR 電機(jī)的定性分析了解其運(yùn)行的物理狀況、內(nèi)部各物理量的基本特點和相互關(guān)系。 (3) 功率管開關(guān)動作瞬時完成。 繞組電感L 與轉(zhuǎn)子位移角θ的關(guān)系開關(guān)磁阻電動機(jī)是一種典型的機(jī)電一體化裝置。這個層面上的控制是種通用技術(shù)， 能夠應(yīng)用在其它電機(jī)上的控制理論基本上都可以應(yīng)用在開關(guān)磁阻電機(jī)上，而電機(jī)層面上的控制則是開關(guān)磁阻電機(jī)所特有的，下文將對其具體控制策略加以總結(jié)和討論。電流斬波控制是通過固定開通角、關(guān)斷角，通過主開關(guān)器件的多次導(dǎo)通關(guān)斷將電流限制在給定范圍內(nèi)實現(xiàn)電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩控制。因此，CCC方式同樣具有簡單直接，可控性好的特點，也避免了APC方式中的“敏感”問題，與后面的電壓PWM方式相比，也具有較小的開關(guān)損耗，是比較常用的控制方式。角度位置控制的控制非常靈活，但與的組合非常多，使得控制參數(shù)的選擇較為復(fù)雜，這就存在一個角度位置控制參數(shù)優(yōu)化的問題。實際采用的APC調(diào)節(jié)法，一般都先優(yōu)化固定，然后通過閉環(huán)調(diào)節(jié)。因此，這種方式比較適合在短時間里快速達(dá)到期望電流的場合，如較高機(jī)械轉(zhuǎn)速下的控制。通過對轉(zhuǎn)速的給定值和實際轉(zhuǎn)速的反饋值之差進(jìn)行PI運(yùn)算，調(diào)節(jié)PWM信號占空比，達(dá)到轉(zhuǎn)速快速響應(yīng)。綜合考慮幾種控制方式的適用范圍和優(yōu)缺點，本設(shè)計采用了單一的控制方式脈寬調(diào)制(PWM)控制方式。在起動瞬間，故旋轉(zhuǎn)電動勢為零，若加額定電壓Us直接起動，相電流將過大，由此產(chǎn)生的過大動態(tài)沖擊轉(zhuǎn)矩可能會損壞電動機(jī)和傳動機(jī)構(gòu)，甚至燒毀電機(jī)繞組的開關(guān)器件，因此必須在起動期間采用電流斬波控制方式限制起動電流的幅值。②外電阻制動，開關(guān)控制外界一相電阻跨接電機(jī)繞組，利用繞組自身的反電動勢形成方向轉(zhuǎn)矩，達(dá)到制動的目的?？諝鈩恿υ肼曈呻姍C(jī)內(nèi)的冷卻風(fēng)扇產(chǎn)生，主要由風(fēng)扇的型式、風(fēng)葉和通風(fēng)道及進(jìn)出口的結(jié)構(gòu)設(shè)計決定，該噪聲占整個噪聲的比例一般是比較小的。磁吸力可分成兩個方向的分量:切向磁吸力和徑向磁吸力，切向磁吸力正是所需要的使電機(jī)運(yùn)行的電磁轉(zhuǎn)矩。 3系統(tǒng)總體設(shè)計本次畢設(shè)課題的主要任務(wù)是完成開關(guān)磁阻電動機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計，達(dá)到基本的運(yùn)轉(zhuǎn)和調(diào)速的功能。作用是向單片機(jī)端口正確提供轉(zhuǎn)子位置信息，依此對功率變換器進(jìn)行控制，從而控制整個電機(jī)的運(yùn)行。由于光電脈沖發(fā)生器輸出的位置脈沖信號有一定的上升和下降沿，所以光電三極管輸出電壓經(jīng)比較器整形后輸出。鑒于SR 電動機(jī)功率變換器中，輸出的相電流是單向脈動的，可用以下幾種方法檢測電流，即 （1） 電阻采樣；（2） 直流電流互感器采樣；（3） 霍爾元件采樣；（4） 磁敏電阻采樣。 霍爾元件（HL） 來說明。直接檢測式霍爾電流傳感器的主要不足是當(dāng)被檢測電流過大時，為不使磁路飽和，保證測量的線性度，必須相應(yīng)增大鐵心的截面積，這就造成檢測裝置的體積過大。當(dāng)原邊導(dǎo)線經(jīng)過電流傳感器時，原邊電流會產(chǎn)生磁力線，原邊磁力線集中在磁芯氣隙周圍，內(nèi)置在磁芯氣隙中的霍爾電片可產(chǎn)生和原邊磁力線成正比的，大小僅為幾毫伏的感應(yīng)電壓，通過后續(xù)電子電路可把這個微小的信號轉(zhuǎn)變成副邊電流，并存在以下關(guān)系式： 因此，測得數(shù)值就能間接反映出被測電流的大小。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V之間。當(dāng)ADC0832未工作時其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。在第3個脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。如下圖所示，電流反饋信號和電流給定信號經(jīng)過比較器比較，產(chǎn)生斬波控制信號。 不對稱半橋式驅(qū)動電路圖以A相繞組為例，每相有兩個主開關(guān)管（即主開關(guān)器件）V1， V2及兩只續(xù)流二極管VD1, VD2。此種線路具有如下特點: (1) 各主開關(guān)管的電壓定額為Us；(2) 由于主開關(guān)管的電壓定額與電機(jī)繞組的電壓定額近似相等，所以這種線路用足了主開關(guān)管的額定電壓，有效的全部電源電壓可用來控制相繞組電流； (3) 由于每相繞組接至各自的不對稱半橋，在電路上相與相之間是完全獨立的； (4) 每相需要兩個主開關(guān)管，未能充分體現(xiàn)出SRD功率變換器較其它交流調(diào)速系統(tǒng)逆變器固有的優(yōu)勢。當(dāng)SA導(dǎo)通時，A相Cs對繞組供電；SA斷開時， 下側(cè)VD導(dǎo)通，繞組經(jīng)VD續(xù)流向B相Cs充電。這種方案對蓄電池供電的系統(tǒng)是合適的。目前可供選擇的功率器件有普通晶閘管(SCR)、可關(guān)斷晶閘管( GTO)、大功率晶閘管(GTR)、功率MOSFET場效應(yīng)管(MOSFET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。6主控系統(tǒng)設(shè)計 本設(shè)計任務(wù)書中要求采用AT89C51，AT89C51單片機(jī)內(nèi)含有Flash程序存儲器、SRAM、UART、SPI、A\D、PWM等模塊。AT89C51T2EX（）信號A信號B信號C=1=1 位置信號邏輯處理示意圖單片機(jī)并行I/O 口數(shù)量總是有限的，有時并行口需作其他更重要的用途，一般也不會用數(shù)量眾多的并行I/O 口專門用來驅(qū)動顯示電路，用單片機(jī)的串行通信口加上少量I/O 及擴(kuò)展芯片用于顯示電路。當(dāng)清除端（CLEAR）為低電平時，輸出端（QA－QH）均為低電平。 單片機(jī)的串行口設(shè)置在工作方式0，串行數(shù)據(jù)從單片機(jī)RXD 引腳輸出，移位時鐘由TXD 送出。速度反饋信號取自位置傳感器輸出的轉(zhuǎn)子