【正文】 轉(zhuǎn)子無機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)，則由式()得： ()將式()代入式()，得： ()設(shè)磁路中無磁滯損耗，再假設(shè)磁路為線性磁路(這在氣隙不太小，磁路不太飽和時(shí)近似成立)，則磁鏈ψ?？刂崎_通角θon和關(guān)斷角θoff。平頂方波的幅值對應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩值基本不受其它因素的影響，可見電流斬波控制方式適用于轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)系統(tǒng)，如恒轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。交流電機(jī)具有線性特性而且是對稱三相正弦電流勵(lì)磁，這些都是開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)所不具有的?？刂颇繕?biāo)(2)也是通過類似傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制的方法實(shí)現(xiàn)，因?yàn)檗D(zhuǎn)矩增大或減小取決于定子磁鏈的加速或減速。磁鏈區(qū)間的判斷是通過一個(gè)sfunction 1函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。由式()。相當(dāng)于l/8轉(zhuǎn)子齒距。為了保證恒轉(zhuǎn)矩，由轉(zhuǎn)矩型星圖很容易可以看出。從仿真結(jié)果可以看出，只要選擇足夠高頻率的主開關(guān)器件，電機(jī)繞組實(shí)際電流響應(yīng)就可以很好的跟隨給定電流期望值。前者包括紅外發(fā)光二極管、紅外光敏二極管和輔助電路；后者為與SRM轉(zhuǎn)子同軸安裝的30176。對一于模擬量測量，TMS320F2407內(nèi)含兩個(gè)10位8通道AD轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換結(jié)果存入一個(gè)兩級(jí)深FIFO寄存器中。設(shè)計(jì)上電和掉電欠壓保護(hù)電路和DSP故障報(bào)警電路，保證控制電路正常的功能。實(shí)施PI調(diào)節(jié)的關(guān)鍵在于比例系數(shù)Kp積分時(shí)間常數(shù)Kt的整定，它直接影響到系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)特性和控制品質(zhì)。在系統(tǒng)工作前，需對硬件進(jìn)行初始化，同時(shí)還要對有關(guān)控制標(biāo)志及初始化參數(shù)、開關(guān)量、工作單元、工作模式、中斷系統(tǒng)等進(jìn)行初始化處理，以保證各功能單元按設(shè)計(jì)要求工作。其中，SRD控制器及控制策略處于控制核心位置，起著非常重要的作用。設(shè)所測脈沖經(jīng)整形后，每轉(zhuǎn)P個(gè)脈沖，在測速時(shí)間Ts之內(nèi)，計(jì)數(shù)器值為v，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)可計(jì)算如下： ()式中P一電機(jī)每轉(zhuǎn)反饋脈沖個(gè)數(shù)TS一測速時(shí)間N一電機(jī)轉(zhuǎn)速，單位轉(zhuǎn)/分 Speed detecting block diagram故障處理子程序包括過流、堵轉(zhuǎn)及短路保護(hù)。主程序的功能是通過調(diào)用各子程序，來實(shí)現(xiàn)所要求的各種控制。處。利用TMs320F240的SPI串行輸出可令DSP不用實(shí)時(shí)掃描，只在需要的中斷發(fā)生時(shí)，串行輸出即可，而且SPI的波特率可達(dá)到最高，這些都大大節(jié)省了CPU的時(shí)間。本系統(tǒng)采用磁平衡式霍爾元件電流傳感器，本身具有強(qiáng)弱電的隔離功能，測量精度高，線性度好，頻帶寬，可直接與計(jì)算機(jī)接口，時(shí)目前應(yīng)用廣泛的方案。SRD位置檢測信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一個(gè)步進(jìn)角，位置檢測信號(hào)應(yīng)相應(yīng)變化，DSP控制器據(jù)此發(fā)出相應(yīng)相繞組的通斷命令。因此，微步細(xì)分的步數(shù)受到一定程度的限制，不能無限微步。這里，繞組電流不是一個(gè)方波而是階梯波，在換相時(shí)電流分幾個(gè)臺(tái)階，就可以合成出幾個(gè)派生轉(zhuǎn)矩矢量，同時(shí)電機(jī)的穩(wěn)定零位增加幾個(gè)，轉(zhuǎn)子就以同樣的次數(shù)轉(zhuǎn)過一個(gè)步進(jìn)角，也就是說轉(zhuǎn)子的每步運(yùn)行也只運(yùn)行步進(jìn)角的一部分。依次產(chǎn)生定位作用，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子將以步進(jìn)角15186。由于開關(guān)磁阻電機(jī)磁路的嚴(yán)重非線性，通常開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩是由磁共能來計(jì)算，即 ()式中：一電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角 一繞組電流因此在忽略開關(guān)磁阻電機(jī)磁路飽和及邊緣效應(yīng)，基于電機(jī)的線性模型，假定電感同電流無關(guān)，而僅僅與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)的情況下，式()可以簡化為 ()式中L為開關(guān)磁阻電機(jī)的自感。(a)和(b)分別給出了電機(jī)控制前后的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。轉(zhuǎn)矩是由定子磁鏈相對于轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的加速或減速來控制的，因此如果轉(zhuǎn)矩需要增加，就要選擇超前于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的電壓向量，即定子磁鏈在第K區(qū)域時(shí)選擇矢量Vk+1和Vk+2；反之，若轉(zhuǎn)矩需要較小，則要相應(yīng)地選擇第K區(qū)域的矢量Vk+1和Vk+2。所以轉(zhuǎn)矩改變可以通過定子磁鏈加速或減速來實(shí)現(xiàn)。本章即研究新型的控制策略來實(shí)現(xiàn)SR電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制。兩種工況下，采用電流斬波控制方式正好能夠限制電流峰值超過允許值，起到良好有效的保護(hù)和調(diào)節(jié)效果。因此，θ=θon時(shí)，功率電路開關(guān)元件接通(稱相導(dǎo)通)，繞組電流I從零開始上升，當(dāng)電流達(dá)到峰值(斬波電流上限值)時(shí)，切斷繞組電流(稱斬波關(guān)斷)，繞組承受反壓，電流快速下降。在θθ2 (θ2為轉(zhuǎn)子磁極的前沿與定子磁極的后沿相遇的位置)區(qū)域內(nèi)，定轉(zhuǎn)子磁極不相重疊，電感保持最小值Lmin不變，這是因?yàn)殚_關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子槽寬通常大于定子極弧，所以當(dāng)定子凸極對著轉(zhuǎn)子槽時(shí)，便有一段定子極與轉(zhuǎn)子槽之間的磁阻恒為最大并不隨轉(zhuǎn)子位置變化的最小電感常數(shù)區(qū)：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過。 開關(guān)磁阻電機(jī)的數(shù)學(xué)模型建立開關(guān)磁阻電機(jī)數(shù)學(xué)模型，通常有以下三種方法：線性模型、準(zhǔn)線性模型(分段線性模型)和非線性模型。在多相電機(jī)實(shí)際運(yùn)行中，也常出現(xiàn)兩相或多相同時(shí)導(dǎo)通的情況。與轉(zhuǎn)子齒極1的軸線1139。第二章 SR電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及基本原理 SRD系統(tǒng)構(gòu)成框圖 Structure of SRD system開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要由SRM、功率變換器、控制器、位置檢測器構(gòu)成，：磁阻電機(jī)：SRM是SRD中實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的部件，系雙凸極可變磁阻電動(dòng)機(jī)，其定轉(zhuǎn)子的凸極均由普通硅鋼片疊壓而成。模糊控制器是一種語言控制器，無需被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，本質(zhì)上也是一種非線性控制，具有較強(qiáng)的魯棒性。近幾十年來，SRD的研究在國內(nèi)外取得了很大的發(fā)展，但作為一種新型的調(diào)速系統(tǒng)，研究的歷史還比較短，其技術(shù)設(shè)計(jì)電機(jī)學(xué)、微電子、電力電子、控制理論等眾多學(xué)科領(lǐng)域，并且SR電機(jī)本身的非線性特性，導(dǎo)致研究的困難性，存在著大量的工作要做。隨著微電子技術(shù)滲透到運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)并成為其控制技術(shù)的核心，功率變頻器和電動(dòng)機(jī)都具有了離散控制的基本特征。因此具有結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固、工作可靠、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。而且，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩不平滑，必須采用適當(dāng)?shù)目刂撇呗詠硐D(zhuǎn)矩脈動(dòng)。美國、加拿大、南斯拉夫、埃及等國家都開展了開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)的研制工作，在國外的應(yīng)用中，開關(guān)磁阻電機(jī)一般用于牽引中，例如電瓶車和電動(dòng)汽車，同時(shí)高速性能是開關(guān)磁阻電機(jī)的一個(gè)特長的方向。因此，研究SRD及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)無論是在理論上還是在工業(yè)應(yīng)用中都具有重要意義[4]。但困難在于SR電機(jī)數(shù)學(xué)模型難以精確解析，而且SRD的結(jié)構(gòu)及其動(dòng)態(tài)特性在運(yùn)行中常逐步改變或突變，并且難以預(yù)知。SRM的轉(zhuǎn)向與電流方向無關(guān)，為單向電流，若改變相電流的大小，可改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小，進(jìn)而可以改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。和1139。在定子方面，它只有兒個(gè)集中繞組，因此制造簡便，絕緣結(jié)構(gòu)簡單，并且發(fā)熱大部分在定子，易于冷卻。開關(guān)磁阻電機(jī)定子繞組的電流、磁鏈等參數(shù)隨著轉(zhuǎn)子位置不同而變化的規(guī)律是很復(fù)雜的，難以用簡單的解析表達(dá)式來表示，因此很難建立精確可解的數(shù)學(xué)模型?？捎呻姼蠰表示為： ()將式()代入式()，得到磁儲(chǔ)能的計(jì)算式： ()將式()代入式()，得： ()由以上分析可得出如下結(jié)論：，當(dāng)磁導(dǎo)對轉(zhuǎn)角的變化率大時(shí)，轉(zhuǎn)矩也大。在θon至θoff之間，對繞組施加正向電壓，建立和維持電流。（4）用作調(diào)速系統(tǒng)時(shí)抗負(fù)載擾動(dòng)性的動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢提高調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載擾動(dòng)下的快速響應(yīng)，除轉(zhuǎn)速檢測調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快外，系統(tǒng)自身的機(jī)械特性也十分重要。眾所周知，開關(guān)磁阻電機(jī)及其控制系統(tǒng)具有嚴(yán)重的非線性特點(diǎn)，而且每一相都是單獨(dú)勵(lì)磁，因此應(yīng)用在傳統(tǒng)交流電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制理論對開關(guān)磁阻電機(jī)并不完全適用。和傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制方法不同的是，轉(zhuǎn)矩幅值也是瞬時(shí)電流的產(chǎn)物。、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器。系統(tǒng)具有較高的響應(yīng)速度，=0186?？梢岳斫鉃門AB和TA錯(cuò)開半個(gè)步進(jìn)角。隨著電機(jī)每轉(zhuǎn)細(xì)分步數(shù)的增加，電機(jī)的步進(jìn)角則逐漸減小，從而使電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的平滑性得到了很好的控制，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)得到了抑制。同時(shí)隨著開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矢量數(shù)的增加，電機(jī)穩(wěn)態(tài)合成轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)大大減小，從而有效的抑制了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。間隔的6齒遮光盤。本系統(tǒng)電流斬波采用軟件方法實(shí)現(xiàn)，在P枷脈寬控制中斷子程序(T1定時(shí)器中斷)中啟動(dòng)ADC單元、對電流傳感器進(jìn)行電流采樣，讀取電流采樣值，當(dāng)此實(shí)際電流值大于給定電流值時(shí)，即封鎖PWMI一PWM4輸出，關(guān)斷IGBT，使相繞組電流卜降。電子系統(tǒng)的抗干擾性能是系統(tǒng)可靠性的一個(gè)重要指標(biāo)，采用可編程邏輯器件后系統(tǒng)的抗干擾性能顯著提高，但系統(tǒng)的電磁兼容性仍然是電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)不可忽視的重要內(nèi)容。由于SR電機(jī)很難建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，兩個(gè)參數(shù)實(shí)際上要通過反復(fù)試湊才能得到。另外，POPINT引腳的中斷與定時(shí)器1共用一級(jí)中斷。圍繞提高SRD控制器的性能這一主題，本設(shè)計(jì)在對SRD研究歷史和發(fā)展趨勢進(jìn)行回顧之后，系統(tǒng)闡述了SRD系統(tǒng)的構(gòu)成，研究了旋轉(zhuǎn)矢量控制、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制策略和微步控制策略，并對構(gòu)成的各個(gè)硬件部分進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，基于TMS320F2407DSP芯片，設(shè)計(jì)開發(fā)了SRM的樣機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性和正確性，從而使轉(zhuǎn)矩能夠平滑過渡，達(dá)到減小電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的目的，結(jié)果表明該控制策略不僅方便實(shí)現(xiàn)，而且有效地減小了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。本設(shè)計(jì)采用一個(gè)計(jì)數(shù)裝置計(jì)取規(guī)定時(shí)間間隔內(nèi)脈沖發(fā)生器輸出的脈沖數(shù)從而求出速度。主程序主要完成系統(tǒng)的初始化、初始狀態(tài)的顯示以及起動(dòng)、運(yùn)行子程序的調(diào)用。速度反饋信號(hào)ωr，由位置傳感器輸出的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)計(jì)算得出，被給定速度ωr相減后作為速度環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸入，而速度調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)則作為電流指令值i，再與由霍爾傳感器測到的實(shí)際相電流值i比較，形成電流偏差，以控制PWM信號(hào)的脈寬，這里之所以在電流環(huán)中采用PWM策略，是為了使相電流保持在指令值i39。將F240中SPI的SPISIMO和SPICLK腳分別與MAX7219的DIN和CLK腳相連以輸出數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)給MAx7219，同時(shí)將7219的片選信號(hào)LOAD與F240的一個(gè)I/0口連接即可。 Connection approach of current sensor為實(shí)現(xiàn)電流斬波控制和過電流保護(hù)，必須對繞組中的電流進(jìn)行檢測。位置檢測的目的是確定定轉(zhuǎn)子的相對位置，即要用位置傳感器檢測轉(zhuǎn)子的相對位置，然后位置反饋信號(hào)至DSP確定對應(yīng)相繞組的通斷。尤其在開關(guān)磁組電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，繞組中電流只有很短的時(shí)間來跟蹤給定電流，微步控制的階梯形理想電流分布就很難實(shí)現(xiàn)。由上一節(jié)的微步細(xì)分控制原理可知，若要求電機(jī)有更小的步進(jìn)角，可以在每次換相時(shí)，關(guān)斷相電流并不是立即關(guān)斷到零，而是按階梯下降；導(dǎo)通相也并不是立即導(dǎo)通，而是按階梯逐漸導(dǎo)通，反映到轉(zhuǎn)矩上就是在換相期間導(dǎo)通相轉(zhuǎn)矩線性減少，下一相轉(zhuǎn)矩線性增加，但總的合成轉(zhuǎn)矩恒定不變。如果依次給四相通入幅值相等的直流電，則轉(zhuǎn)矩矢量TA、TB、TC和TD。結(jié)構(gòu)上與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相似的SR電動(dòng)機(jī)其運(yùn)行原理也遵循“磁阻最小原理”，也就是說電機(jī)的轉(zhuǎn)矩是由磁路選擇最小磁阻結(jié)構(gòu)的趨勢而產(chǎn)生的。，可以看出定子磁鏈幅值基本不變，軌跡比較接近于圓形。 The definition of the voltage vector ofThree Phase SR motor SR電機(jī)一相繞組結(jié)構(gòu)圖 Winding structure of one Phase of SRM SR電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制電壓矢量定義 Voltage vector defination of DTCMethod of SRM，假如定子磁鏈在第K個(gè)區(qū)域，則可以通過使用矢量Vk+1和Vk1來增大磁鏈而通過矢量Vk+2和Vk2來減小磁鏈。這是因?yàn)?，如果磁場要隨轉(zhuǎn)子位置變化增加，定子磁鏈必須超前于轉(zhuǎn)子位置；相反，如果磁場隨轉(zhuǎn)子位置變化減小