【正文】 流后供電，其直流供電電壓平均值約為513V。SR電動機的過載峰值電流約為147A，該IGBT電流額定值Ic為300A，Vces為1200V，滿足要求。第5章 軟件設計 在前文中，已對系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)進行了完整的設計，但硬件系統(tǒng)要想運行速度快，且控制精確，亦離不開合理、完善的軟件支持。在中速階段（501500rpm），采用定角度斬波控制。鍵盤與顯示器通過8279芯片的控制，和CPU接口完成控制參數(shù)的輸入和轉速、電壓、電流的顯示。主程序采用對各子模塊調用的形式，以不斷循環(huán)的結構運行，以便實現(xiàn)控制參量的輸入、運行狀態(tài)的顯示、正反轉運行與轉速閉環(huán)控制。HSI口才可捕獲到一個脈沖邊沿跳變，在本此的設計系統(tǒng)中16位的HIS_TIME寄存器的計時周期為65ms，就是說在轉速為39rpm時，計數(shù)才有效。SR電動機的啟動狀態(tài)通過固定位置邏輯信息的變化次數(shù)來檢測，當達到設定時進入中斷等待。當轉速在低速階段時，采用電流斬波控制，通過單片機的PWM輸出電流并進行D/A轉換，將輸出值作為斬波電路的參考電壓。接著，在中斷中完成打開相應主開關的操作，同時，將關斷角的數(shù)值輸入到定時器2中。[1]第6章 總結本次畢業(yè)設計是開關磁阻電機的驅動系統(tǒng)設計，是目前電氣傳動領域的新型調速系統(tǒng)，具有廣闊的應用前景。整個系統(tǒng)的設計由此完成。理論只有應用到實際中才能創(chuàng)造生產力，讓知識的力量得到真正的發(fā)揮。本次設計首先進行的是對開關磁阻電動機領域的基本了解。這樣，在整個中斷過程中完成相應相的導通和關斷操作?？刂扑惴K入口CCC控制方式轉速計算n1500?APC控制方式PI算法模塊計算θon，i*YesNo返回軟件細分 圖54控制算法模塊流程圖 轉速調節(jié)模塊是為實現(xiàn)轉速調制提供數(shù)學支撐，是調速環(huán)節(jié)的理論基礎。在前文中已有詳述，轉子每轉過15176。 起動模塊如下圖52所示：起動模塊入口起動程序有關變量及參數(shù)初始化正轉邏輯讀HSI狀態(tài)正轉？起動過程已完成？反轉邏輯開位置中斷等待YesYesNoNo 圖52起動模塊流程圖起動模塊的主要作用是起動電動機由靜止狀態(tài)運轉到所需要的運行速度。[1][20]主程序的主要功能是通過對各子程序模塊的調用，根據(jù)轉速對SR電動機的運行和控制狀態(tài)進行相應轉換，并且完成控制參數(shù)的輸入和顯示，以實現(xiàn)對系統(tǒng)的閉環(huán)控制。（4）電機起動，通過轉子位置信號的組合邏輯判定通電相。在高速階段（15002000rpm），采用APC控制方式。而對SR電動機的進行轉速控制，就是通過調節(jié)輸出轉矩和負載相平衡，使其在功率允許范圍內的任何負載轉矩情況下，使SR電動機穩(wěn)定在給定轉速。如下圖48所示，這是選用的驅動電路圖， 圖48驅動電路圖 參數(shù)顯示及外部接口電路顯示電路是人機交流的重要途徑，而未接電路用來為輸入命令和數(shù)據(jù)以對SR電動機的運行狀態(tài)進行干預和控制，同時將SR電動機的轉速n、開通角θon、關斷角θoff以及繞組電流等重要參數(shù)顯示出來。電機啟動合閘，Rb被切除。當過熱時，使單片機發(fā)出故障信號，防止過高溫度下電機被燒壞。80C196KC一共提供了6個HSO端口引腳，其中兩個引腳與HSI口復用。 圖42位置檢測電路本設計采用低速電流斬波控制的控制方案，其電路圖如下圖43所示，以圖中AC相為例，比較器LM339正相輸入端V+為給定斬波電流的上限值Uref，負相輸入端V為電流檢測器測得的繞組電流實際值轉化的UAC，兩者相比較產生相應的通斷信號，當UrefUAC即V+V時，LM339輸出Vl為高電平，此時，與此相對應相的主功率開關導通。此外80C196KC采用2分頻電路能產生不同相位的內部時鐘，其軟件執(zhí)行速度在相同晶振頻率下要比早期的8096系列快1/3左右。功率變換器是直流電源和SR電動機的接口，同時為系統(tǒng)的儲能提供回饋路徑。 電流和電壓斬波控制調節(jié)器 電流和電壓斬波控制調節(jié)器是執(zhí)行控制策略的重要單元，包括軟件和硬件兩個組成部分。由上式易看出，PI調節(jié)器的比例調節(jié)的輸出與偏差成正比，且偏差越大，調節(jié)速度越快；積分環(huán)節(jié)對存在的偏差進行積分，可以消除靜差。所用的時間從而計算出轉速而進行轉速刷新。 轉子位置信號是SR電動機控制時序的決策依據(jù)，在前文中已有詳述。電路通電后，位置檢測電路可以輸出兩路周期為60176。 對于一個m相的SR電動機，轉子齒極數(shù)為Nr，定子齒極數(shù)為Ns，轉子的極距角為： τr=步距角為： 每轉步數(shù)為：轉子每旋轉一周，定子m相繞組需要輪流通電Nr次，故可得SR電動機轉速n與每相定子繞組的通電頻率f 的關系為： n= 功率變換器的開關頻率為： 本次設計采用光敏式檢測器，它由光電耦合開關和遮光盤組成，將光電開關固定在定子上，遮光盤固定在定子上，它的齒、槽與轉子的凸極、凹槽數(shù)相等，且齒、槽均勻分布，這樣，轉子每轉過一個步進角，位置檢測器的輸出信號就與此對應變化一次，在一個轉子極距角τr內，位置信號變化m次，當轉過一個極距角τr后，位置信號會回到起始狀態(tài)，并且位置信號按此規(guī)律循環(huán)反復。采用轉子位置檢測器進行檢測，進而根據(jù)獲得的位置信息，將此信息通過80C196kc的HSI端口輸入進單片機，進行相關的位置參數(shù)計算和轉速計算，通過計算結果控制各相主開關器件的控制，進而實現(xiàn)換相控制。相對于一相起動方式，兩相起動增大了電動機的啟動轉矩，消除了起動死區(qū)，同時兩相起動的轉矩脈動減小，起動所需的電流幅值也更低。在第一臨界速度以上Ω第二臨界速度Ω2以下，為獲得恒功率特性，采用角度位置控制，即APC(Angular Position Control)控制，保持外施電壓不變，調節(jié)開通角θon和關斷角θoff，常采用固定關斷角θoff、改變開通角θon的控制方式。CCC控制的方法是固定開通角θon、關斷角θoff，通過斬波控制外施電壓。 電磁轉矩電機的電磁轉矩也是分段的，假定電機的磁路不飽和，根據(jù)電感的分段解析式可得電磁轉矩的解析式分列如下：θu≤θ＜θ2時，Te=0； θ2≤θ＜θ3時，Te =1/2Ki2； θ3≤θ＜θ4時，Te =0；θ4≤θ＜θ5時，Te =1/2Ki2。 θonθ2Lmin/k時，di/dθ0，則電流將繼續(xù)上升。βs為定子磁極極弧。由上節(jié)易知，SR電機的非線性模型的計算是非常困難的，本次設計需要我們掌握SR電動機內部的基本電磁關系及基本特性，不需復雜的精確計算，故我們可對理想的線性模型進行研究。因此，我們在這里采用線性模型，雖然精度較低，但亦可清楚的表示出電機的基本特性與各種參量之間的關系，可作為探討控制方法的依據(jù) 。于是，將磁阻電機與電子器件相結合的開關磁阻電機應運而生。（2）振動和噪聲的控制。MOSFET相對工作頻率更高，開關速度較快，適合小功率、低壓的SR電動機的功率變換器的開關器件。其中比較典型的有英國SRDLtd公司推出的第二代SR電機，其功率和轉速范圍相對于TASC的Oulton系列產品有了顯著的提高。[3]SR電機的淵源可以19世紀40年代，當時有科學家利用兩個U型電磁鐵制造了電動車，由蓄電池供電，但受限于當時的機械開關控制性能較差，電動機的性能不高。SR電機各相之間無互感，而且每相電流的導通、關斷和電流大小皆可獨立控制，這讓其性能與直流電機調速系統(tǒng)相近，可以在四象限運行，能實現(xiàn)特定要求的調速控制。反之，若按CABC...給定子通電，則電機逆時針旋轉。SR電動機為雙凸極結構，定子與轉子由硅鋼片疊壓而成，定子徑向相對的繞組可并聯(lián)或串聯(lián)成一相。 SRD。of hardware and system control software design.而近來，隨著電力電子技術和計算機技術的高速發(fā)展，開關磁阻電機驅動系統(tǒng)也與時俱進，日趨先進，在電動車、航空工業(yè)、家用電器和機械傳動領域都有成功的應用，成為電氣傳動領域的新勢力。論文通過對開關磁阻電動機驅動系統(tǒng)的每一個環(huán)節(jié)的設計，實現(xiàn)了電機的方便的正、反轉控制和制動控制，并設計了比較完備的電流和電壓保護環(huán)節(jié)，以保證系統(tǒng)的可靠運行。 80C196KC目 錄第1章 緒 論 1 1 SR電機與SR電機驅動系統(tǒng)概述 1 1 2 2 2 3 3 4第2章 SR電機的數(shù)學建模及控制策略分析 5 5 SR電機的基本方程 5 5 磁鏈方程 5 6 6 6 6 7 8 電磁轉矩 9 10 10 11 11第3章 SRD系統(tǒng)的設計原理 12 SR電動機的換相原理 12 SRD控制系統(tǒng)原理 12 速度給定單元 12 13 數(shù)字速度PI調節(jié)器 15 電流檢測環(huán)節(jié) 15 電流和電壓斬波控制調節(jié)器 16 16 16 80C196KC單片機簡介 16第4章 SRD系統(tǒng)硬件電路設計 18 18 19 19 20 20 21 22 參數(shù)顯示及外部接口電路 23 23第5章 軟件控制 24 24 25 26 27 28 29 29 29第6章 總結 31參考文獻 32附錄 33翻譯部分 34致 謝 53第1章 緒 論 開關磁阻電機（Switched Reluctance Motor，簡稱SRM）作為上世紀80年代出現(xiàn)的一種新型機電一體化系統(tǒng)，具有非常優(yōu)良的性能和廣泛的應用發(fā)展前景。當定子的某一相通電時產生的磁場由于磁力線扭曲而產生旋轉力矩，使轉子旋轉到磁阻最小的位置。SR電動機的突出優(yōu)點就是定、轉子皆由硅鋼片疊壓而成，定子上也只有簡單的繞組，結構簡單，制造成本低。SR電機在廣泛的轉速、功率范圍內皆具有高效率。這項研究表明SR電機相對于同容量的其他感應電機，在單向電流下四象限運行時，其功率變換器所用的開關數(shù)是最少的，結構簡便，成本也低。SRD系統(tǒng)是上世紀80年代時期發(fā)展起來的新型調速系統(tǒng)，其基本構成如下：電源功率變換器SR電動機外接負載位置檢測電流檢測控制信號控制器在這個控制系統(tǒng)中，SR電動機實現(xiàn)機電能量的轉換。MCT是晶閘管和MOSFET的復合元件，具有工作頻率高，電流密度大，易驅動，易控制等優(yōu)點。怎樣通過電機設計和控制策略的優(yōu)化，有效地抑制轉矩波動和噪聲，使SRD系統(tǒng)具有低速平穩(wěn)運行且有靜態(tài)轉矩保持能力，這是需要進一步研究的。 本設計的主要是利用80C196KC為核心設計出通用化、標準化、智能化的開關磁阻電機驅動系統(tǒng)，因而在相應開關器件的選擇如何做到性價比最高，單片機控制策略的實現(xiàn)以及相應控制程序的設計以及電路原理圖的設計是本次畢業(yè)設計的難點。 磁鏈方程 SR電機中某相繞組的磁鏈是該相電流與自感、其余相電流及互感和轉子位置角的函數(shù)，但各相之間的互感相對自感小得多，簡便起見，SR電機的計算中一般省略互感，磁鏈方程為： =Lk（k，ik）ik....................... (22) 式中，每相電感Lk是該相電流 ik與轉子位置角 k的函數(shù)，將該式帶入式（21）中可得： ...(23)從上式中可看出，電源電壓與三部分壓降相等。θ=θu=0時，相電感最小，為Lmin。由于是理想的線性模型，忽略所有功耗，故上式可以簡化為： .....................................（26）式中，=表示轉子的角速度。此時，電流的解析式如下： ................... (214)(4) 在θ3≤θ＜θ4區(qū)域內，電流解析式如下： ............................. (215)(5)在θ4≤θ≤2θoff –θon≤θ5區(qū)域內，電流解析式為： ...................... (216) 這樣，以上各式構成了一個完整的電流解析式，它是電源電壓、電機幾何尺寸、電機轉速和轉子位置角的函數(shù)。SR電動機在給定外施電壓Us且開通角θon、關斷角θoff固定時，電動機的轉矩、功率和轉速的關系與直流電動機的串勵特性類似。CCC控制通常有以下幾種方法實現(xiàn)斬波：限制電流上、下幅值；電流上限和關斷時間給定；PWM斬波調壓控制。當轉速繼續(xù)增加，可控條件達到極限，轉矩不再隨轉速的平方下降，此時，SR電動機呈串勵特性。若通電區(qū)段位于0的區(qū)段，產生正轉矩；若通電區(qū)段位于0的區(qū)段，則產生負轉矩。下面將分別對其中的主要單元進行介紹 速度給定單元速度給定單元將轉速給定電壓信號ug的突變部分進行積分，使電壓信號變成較為平緩的變化量，以使系統(tǒng)工作更加平穩(wěn)。、45176。θon=30176。轉子位置信息經(jīng)80C196KC具有捕獲功能的輸入端口HSI來檢測。所對應的時間值，以該值為基本單位t標，將它與導通角θon或者關斷角θoff所需的延遲角度相乘，就可得到與之相對應的延遲時間，寫入高速輸出口HSO的命令寄存器，在不經(jīng)過CPU干預的情況下，將自動產生各相通斷允許信號，這在綜合邏輯控制單元中是相導通的一個重要邏輯判據(jù)。 電流檢測環(huán)節(jié) 電流檢測是SRD系統(tǒng)實現(xiàn)低速電流斬波控制、過流保護的基礎，只有得到精確的實時監(jiān)測電流，才能進行高性能的實時控制。