【正文】 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，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(duì)象，完成了以單片機(jī)為核心組成的調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)采用 PWM 控制方式，選用 三相全橋式 功率驅(qū)動(dòng)器主電路，主開(kāi)關(guān)器件選用 功率 MOSFET，設(shè)計(jì)了以單片機(jī) AT89C51 為核心的控制器，主 要對(duì)電流檢測(cè)、位置檢測(cè)、故障保護(hù)和顯示電路等外圍電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，具有過(guò)流保護(hù)功能。同時(shí)本設(shè)計(jì)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(jì)進(jìn)行了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制的模擬試驗(yàn)，達(dá)到了初步的實(shí)驗(yàn)效果，在軟硬件兩方面為以后開(kāi)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(shí)踐。 speed control system 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 1 頁(yè) 共 1 頁(yè) 目 錄 1 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)概述 ................................................ 1 開(kāi)關(guān) 磁阻電動(dòng)機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r .................................... 1 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的組成 ......................................... 2 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的性能特點(diǎn) ..................................... 4 2 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的原理與控制 ........................................ 5 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理 ..................................... 6 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的基本方程 ..................................... 7 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制方式 ................................. 9 電流斬波控制（ CCC）方式 ............................... 10 角度位置控制（ APC）方式 ............................... 10 脈寬調(diào)制控制（ PWM）方式 ............................... 11 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與制動(dòng) .................................. 12 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩 脈動(dòng)與噪聲分析 .......................... 13 3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) ..................................................... 14 位置信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) ........................................ 14 電流信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) ........................................ 15 調(diào)速信 號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) ........................................ 18 保護(hù)電路設(shè)計(jì) ................................................ 19 5 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) ..................................................... 21 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) ................................................ 21 開(kāi)關(guān)器件的選擇 .............................................. 24 6 主控系統(tǒng)設(shè)計(jì) ..................................................... 24 單片機(jī)系統(tǒng) .................................................. 24 信號(hào)邏輯處理電路 ............................................ 25 速度顯示電路設(shè)計(jì) ............................................ 25 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 主控模塊設(shè)計(jì) ................................................ 30 測(cè)速和換相程序設(shè)計(jì) .......................................... 31 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 參考文獻(xiàn) ........................................................... 39 附錄Ⅰ 電路圖 ...................................................... 40 附錄Ⅱ 程序清單 .................................................... 41 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 1 頁(yè) 共 48 頁(yè) 1 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)概述 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 的 優(yōu)點(diǎn)， 因?yàn)?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。 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 開(kāi)始 于 20 世紀(jì) 60 年代，電子工業(yè)的發(fā)展 給 電氣傳動(dòng)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(dòng)機(jī)。因?yàn)?它在很多性能指標(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 著 超過(guò)了工業(yè)中長(zhǎng)期廣泛應(yīng)用的一些變速傳動(dòng)系統(tǒng)。 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，作為一種新型調(diào)速驅(qū)動(dòng)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(wú)換向器直流電機(jī)等經(jīng)歷幾個(gè)年代的開(kāi)發(fā)推廣，目前領(lǐng)先一步， 其 有著極其廣闊的市場(chǎng)前景。 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。 3．控制器 控制器是整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的核心，起 著 決策和指揮作用。 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。因此開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的電流檢測(cè)器應(yīng) 該 具有快速性好，靈敏度高，單向電流檢測(cè)，線性度好，抗干擾的優(yōu)點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，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(dú)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(shí)，只需停止該相的工作，在控制方面并不需要對(duì)其他相做任何變動(dòng)。 ，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(dòng)轉(zhuǎn)矩是 SRD 的一大特點(diǎn)。 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(kāi)關(guān)管的開(kāi)通，關(guān)斷順序來(lái)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(shí)現(xiàn)高效優(yōu)化控制。 第一，步進(jìn)電機(jī)是一般位置開(kāi)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(jì)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(dòng)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且主開(kāi)關(guān)器件多，成本高。 表 SR 電機(jī)的結(jié)構(gòu)類型 相數(shù) 3 4 5 6 7 8 9 定子極數(shù) 6 8 10 12 14 16 18 轉(zhuǎn)子極數(shù) 4 6 8 10 12 14 16 步進(jìn)角（度） 30 15 9 6 SR 電動(dòng)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。 。 ，即一個(gè)轉(zhuǎn)子齒極距。 一臺(tái) q 相 SR 電機(jī)，假設(shè)各相結(jié)構(gòu)和電磁參數(shù)對(duì)稱，根據(jù)電路定律可以寫(xiě)出 SR 電機(jī)第 j 相的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式： dtdIRU jjjj ??? 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 8 頁(yè) 共 48 頁(yè) 在 SR 電機(jī)中，各相繞組的磁鏈?zhǔn)寝D(zhuǎn)子位移角和各相繞組電流的函數(shù)，故磁鏈為： )。 (2) 忽略所有功率損耗。圖中橫坐標(biāo)為轉(zhuǎn)子位置角 (機(jī)械角 )，它的基準(zhǔn)點(diǎn)即坐標(biāo)原中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 9 頁(yè) 共 48 頁(yè) 點(diǎn)θ =0 的位置，對(duì)應(yīng)于定子凸極中心與轉(zhuǎn)子凹槽中心重合的位置，這時(shí)相電感為最小值， 當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)半個(gè)極距時(shí)，該相定、轉(zhuǎn)子凸極中心完全對(duì)齊，電感為最大值， 隨著定、轉(zhuǎn)子磁極重疊的增加和減少，相電感則在和線性地上升和下降。該系統(tǒng)的控制具有兩個(gè)層面 :一是，電機(jī)控制層面，即通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)自身的參數(shù)改變電機(jī)的運(yùn)行特性，這一層關(guān)系是直接的；二是，系統(tǒng)控制層面，這個(gè)層面是將控制策略應(yīng)用于開(kāi)關(guān)磁 阻電機(jī)及其外圍的設(shè)備 (控制器、信號(hào)檢測(cè)裝置等 )，并使之為達(dá)到某一控制目標(biāo)協(xié)同運(yùn)作，這種控制是通過(guò)功率變換器間接作用在電機(jī)之上的。 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 10 頁(yè) 共 48 頁(yè) 電流斬波控 制（ CCC）方式 開(kāi)關(guān)磁 阻電機(jī)在基速 b? 以下運(yùn) 行時(shí)，由于轉(zhuǎn)速較慢，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)較小，繞組電 流上升率較大，為避免過(guò)大的電流和磁鏈峰值，獲得恒轉(zhuǎn)矩機(jī)械特性，采用電流斬波控制（ CCC） 方式。但是它們之間也有不同之處， APC 方式下電流的不可控相比， CCC 方式是直接對(duì)電流實(shí)施控制，通過(guò)適當(dāng)誤差帶的設(shè)置可以獲得較為精確的控制效果。角度位置控制方式是調(diào)節(jié)開(kāi) 通角 on? 、關(guān)斷角 of? ，改變相 繞組相對(duì)于電感位置的勵(lì)磁區(qū)域，從而調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。因此角度位置控制往往需要按照控制性能目標(biāo)事先對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化的方法有仿真、實(shí)驗(yàn)測(cè)量等。這種方式比較簡(jiǎn)便，中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 11 頁(yè) 共 48 頁(yè) 但這種方式中相電流是不可控，其變化率很大，對(duì)于開(kāi)通角和關(guān)斷角的微小變化都十分敏感，在調(diào)節(jié)上也存在一定的困難。 PWM 方式可控性較好，在基速以上或基速以下的范圍都可以應(yīng)用，適用于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)。由于一般要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍較寬，負(fù)載轉(zhuǎn)矩適用范圍也較寬，中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 12 頁(yè) 共 48 頁(yè) 為了使電動(dòng)機(jī)在各種不同工作條件下均具有較好的性能指標(biāo)，一般可選用幾種控制方式的組合來(lái)控制系統(tǒng)的運(yùn)行，如高速時(shí)采用角度控制，低速時(shí)采用電流斬波控制，以利于發(fā)揮二者的優(yōu)點(diǎn)。SR 電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)比較簡(jiǎn)單，無(wú)需輔助設(shè)備，研究表明，三相或三相以上的 SR電動(dòng)機(jī)可在任意轉(zhuǎn)子位置正、反方向起動(dòng)。這種方式可實(shí)現(xiàn)快速制動(dòng)，缺點(diǎn)是對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的扭矩沖擊比較中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 13 頁(yè) 共 48 頁(yè) 大，不適合大負(fù)載的設(shè)備。 理論分析和實(shí)驗(yàn)研究表明，機(jī)械噪聲主要源于機(jī)械部件的質(zhì)量，好的電機(jī)這方面的噪聲是比較