【正文】 模塊與運(yùn)行模塊是兩個主要模塊。啟動模塊實現(xiàn)開關(guān)磁阻電機(jī)的軟啟動，在轉(zhuǎn)速達(dá)到50rpm時認(rèn)為電機(jī)已經(jīng)正常開啟，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入正常的運(yùn)行狀態(tài)。運(yùn)行模塊實現(xiàn)SR電機(jī)的正常運(yùn)行，根據(jù)給定的速度值，同當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速比較給出控制值，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。除了兩個主要控制模塊，但是系統(tǒng)還需要許多輔助模塊的配合才能正常運(yùn)行。HSI中斷模塊負(fù)責(zé)對來自電機(jī)的位置信號進(jìn)行檢測，獲得位置信息及檢測信息。HSO中斷模塊負(fù)責(zé)根據(jù)來自HSI中斷模塊的數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)的開通角、關(guān)斷角控制策略確定每一相的通斷時刻，并給出相應(yīng)的觸發(fā)信號到開關(guān)器件的控制端。鍵盤及顯示模塊負(fù)責(zé)接受來自控制者的控制信息，并將SRD的控制信息、當(dāng)前狀態(tài)顯示到LED上，實現(xiàn)控制者和系統(tǒng)的交互。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中如果出現(xiàn)異常，控制系統(tǒng)將轉(zhuǎn)至出錯處理模塊，先關(guān)閉高速輸出口，使SR電機(jī)自由停機(jī)，再輸出復(fù)位信號將196CPU復(fù)位，然后等待系統(tǒng)指令，準(zhǔn)備再次啟動。 主程序流程[12]主程序流程如圖59所示：圖 59 主程序流程圖 初始化模塊初始化模塊主要完成以下功能：1)具有復(fù)用功能的I/O引腳的選擇和設(shè)置。本系統(tǒng)中要用到四個HSO口，、因此要設(shè)置IOCl、IOC0寄存器的相關(guān)位指定其為HSO口，并且選擇其輸出頻率為23．6kHz(系統(tǒng)時鐘為12MHz時)。2)各種中斷功能的選擇及其設(shè)置。本系統(tǒng)中要用到的中斷有：外部鍵盤的中斷，HSI口的中斷以及定時器1的定時中斷。其中外部鍵盤的中斷選擇INT口作為中斷源，所以應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的寄存器允許EXINT中斷。HSI口的中斷方式選擇為方式2，即當(dāng)有上跳變信號發(fā)生時，發(fā)出HSI中斷。這樣可以實現(xiàn)P、Q的兩個上跳變信號引發(fā)中斷，進(jìn)入相應(yīng)的中斷處理。3)鍵盤顯示接口的初始化。包括鍵盤的方式選擇，工作時鐘的確定，顯示方式的設(shè)定等。本系統(tǒng)使用譯碼掃描按鍵，顯示部分選擇8個字符顯示，左入口。4)中斷屏蔽寄存器INTMASK的設(shè)置，中斷登記寄存器INTPENDING的清零。5)系統(tǒng)變量的初始化：包括開通角和關(guān)斷角、模式切換標(biāo)記、轉(zhuǎn)速預(yù)設(shè)值等等。6)開中斷。初始化模塊如圖510所示： 起動模塊SR電機(jī)起動時，相繞組的通電時間長，從而造成相電流周期長、磁鏈及電流峰值大，容易導(dǎo)致功率變換器主電路中的主開關(guān)器件的損壞。因此，PWM調(diào)壓控制中的占空比不能在起動階段一下子加大，而必須采用軟起動的方法，在本程序中采用循環(huán)累加的方法逐步加大占空比，同時在加速過程中實時檢測電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速大于100rpm時，認(rèn)為起動階段已經(jīng)結(jié)束。由于開始啟動時HSI口的狀態(tài)沒有變化，無法產(chǎn)生中斷，因此要通過查詢當(dāng)前HSI口的狀態(tài)來確定通斷邏輯，起動電動機(jī)，以后的換相由HSI 圖 510 初始化模塊流程圖口的中斷處理程序控制。流程圖見圖511所示[20]：SR電機(jī)起動時，相繞組的通電時間長，從而造成相電流周期長、磁鏈及電流峰值大，容易導(dǎo)致功率變換器主電路中的主開關(guān)器件的損壞。因此，PWM調(diào)壓控制中的占空比不能在起動階段一下子加大，而必須采用軟起動的方法，在本程序中采用循環(huán)累加的方法逐步加大占空比，同時在加速過程中實時檢測電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速大于100rpm時，認(rèn)為起動階段已經(jīng)結(jié)束。由于開始啟動時HSI口的狀態(tài)沒有變化，無法產(chǎn)生中斷，因此要通過查詢當(dāng)前HSI口的狀態(tài)來確定通斷邏輯，起動電動機(jī)，以后的換相由HSI口的中斷處理程序控制。圖 511 起動模塊 運(yùn)行模塊系統(tǒng)正常起動后即進(jìn)入運(yùn)行模塊。運(yùn)行模塊是本系統(tǒng)程序的主要部分，主要是用來保證系統(tǒng)在給定的轉(zhuǎn)速下正常運(yùn)行?？刂扑惴ú捎玫谖逭碌贸龅哪：刂破鞯淖赃m應(yīng)算法來實現(xiàn)，見圖512[12]。 中斷模塊 HSI口中斷處理程序該程序是由電機(jī)旋轉(zhuǎn)時位置信號發(fā)生變化引起的高速輸入口狀態(tài)的跳變觸發(fā)的。其功能包括：讀取HSI口的狀態(tài)及中斷響應(yīng)發(fā)生的時刻，根據(jù)系統(tǒng)的正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行標(biāo)記選擇相應(yīng)的邏輯判斷表做出判斷，然后調(diào)用HSO通道控制子程序完成HSO通道相應(yīng)事件的寫入工作，最后恢復(fù)中斷現(xiàn)場退出中斷。見圖513。圖 512 運(yùn)行模塊 圖 513 HSI 中斷處理程序 鍵盤中斷處理處理程序鍵盤中斷處理程序主要完成以下功能：讀取鍵值，然后通過查詢鍵值表判斷應(yīng)調(diào)用的命令處理予程序(起動、停止、復(fù)位、速度設(shè)定、加速、減速等)，最后恢復(fù)現(xiàn)場后退出中斷處理程序。圖514所示為鍵盤中斷處理子程序。 HSO控制子程序本程序是通過讀取輸出狀態(tài)寄存器以及換相時間寄存器的值，并根據(jù)這些值設(shè)定給HSO事件寄存器的命令，需要關(guān)斷的通道要根據(jù)換相時間賦 圖514 鍵盤中斷處理子程序 圖515 HSO控制子程序予不同的事件執(zhí)行時間，圖515為HSO控制予程序。 本章小結(jié)本章基于80C196KC單片機(jī)簡單進(jìn)行了系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計。不論硬件部分還是軟件部分，都是先對系統(tǒng)總體框架進(jìn)行敘述，然后針對一些主要部件或模塊進(jìn)行了研究。結(jié)論結(jié)論本文在研究過程中主要成果及結(jié)論有：首先通過對大量文獻(xiàn)資料的閱讀與學(xué)習(xí)，全面總結(jié)和分析了當(dāng)前開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r和前景，闡述了在現(xiàn)代傳動領(lǐng)域中，對比其他調(diào)速系統(tǒng)，開關(guān)磁阻電機(jī)特有的幾大優(yōu)勢及主要的研究熱點，進(jìn)一步明確了加強(qiáng)對開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行研究的意義。本文對開關(guān)磁阻電機(jī)工作原理，線性，準(zhǔn)線性模型進(jìn)行了研究，并對開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的組成進(jìn)行了研究和分析。在第三章對PID控制及模糊控制進(jìn)行了基本理論的概述。對當(dāng)前應(yīng)用日益廣泛的模糊(fuzzy)控制算法在開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用做了階段性的研究與分析，得出模糊控制算法比傳統(tǒng)算法更具優(yōu)越性的結(jié)論。尤其對于像開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)這種非線性系統(tǒng)，模糊控制不失為一種先進(jìn)的控制算法。之后基MATLAB/simulink對開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的PI控制，模糊控制及其該進(jìn)型進(jìn)行了仿真研究，最終得出結(jié)論：基于模糊改進(jìn)型控制器能取得良好的控制效果，即超調(diào)量小，響應(yīng)速度快，穩(wěn)態(tài)性能好。最后基于80C196KC芯片對開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的硬件及軟件系統(tǒng)進(jìn)行了簡單的設(shè)計。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 ：機(jī)械工業(yè)出版社1995,22492 ：機(jī)械工業(yè)出版社，2000，13273 謝春林．開關(guān)磁阻調(diào)速電動機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用前景探討．機(jī)電信息．2002：11124 ：化學(xué)工業(yè)出版社，5 李俊卿，李和明．開關(guān)磁阻電機(jī)發(fā)展綜述．華北電力大學(xué)學(xué)報．2002，29(3)：12146 易繼鍇，：北京工業(yè)出版社，7 ：北京交通大學(xué)，20078 韓竹利，：9 閆廣濤，段承先．基于Matlab／Simulink的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的仿真研究．科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì)．200710 紀(jì)志成，薛花．基于Matlab的開關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)仿真建模研究．系統(tǒng)仿真學(xué)報．V01．17 ，200511 .(碩士學(xué)位論文).南京：河海大學(xué)，2002，343612 張強(qiáng)，吳紅星，：中國電力出版社，200813 孫建忠，：中國水利水電出版社，2005，8097，12117314 喻方平，：電子工業(yè)出版社,412,161915 劉闖，朱學(xué)忠，：航天航空大學(xué)學(xué)報16 詹瓊?cè)A．開關(guān)磁阻調(diào)速電動機(jī)．武漢：華中理工大學(xué)出版社．199217 Fahimi．B；Suresh．G；Ehsani．M．；Review of sensorless control methods mswitched reluctance motor drives．IEEE Industry Applications Conference，2000，Vol．3，1850—185718 gwei Gao，F(xiàn)arzad Rajaei Salmasl，Mehrdad Ehsani．Inductance Model．based Sensodess Control of the Switched Reluctance Motor Driveat Low Speed．2004，Vol．19,No．1，1568157519 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SR電機(jī)的概念最早提出可追溯到19世紀(jì)40年代，1842年，英國Aberdeen和Dafidson用兩個U型電磁鐵制造了由蓄電池供電的機(jī)車電動機(jī)，但因電路斷開時沒有釋放能量的續(xù)流二級管電路，以及采用的機(jī)械開關(guān)控制電磁鐵的輪流通電，電動機(jī)的性能不高。在此后100多年內(nèi)，SR電機(jī)都沒得到重視和發(fā)展。20世紀(jì)60年代，大功率晶閘管的出現(xiàn)為SR電機(jī)的研究發(fā)展提供了重要的物質(zhì)條件。1967年，英國的Leeds大學(xué)開始對SR電機(jī)進(jìn)行深入研究，研究結(jié)果表明：SR電機(jī)可在單向電流下四象限運(yùn)行；功率變換器無論用晶體管還是普通晶閘管，所需的開關(guān)數(shù)都是最少的，電動機(jī)成本也明顯低于同容量的感應(yīng)電動機(jī)。1973年，英國Nottingham大學(xué)對此進(jìn)行大量研究工作，1975年，上述兩所大學(xué)的研究小組聯(lián)合研制了用于電動汽車的50kWSR電機(jī)裝置，其單位輸出功率和效率都高于同類的感應(yīng)電動機(jī)驅(qū)動裝置，同時美國福特公司也研制出SRD，其結(jié)構(gòu)為軸向氣隙電動機(jī)、具有電動機(jī)和發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和較寬范圍調(diào)速能力，適合于蓄電池供電的電動車輛傳動。這充分表明SRD很有發(fā)展前途[3]。 1980年，Leeds大學(xué)的Lawrenson教授及其同事總結(jié)了自己的研究成果，發(fā)表了著名論文“Variable．Speed Switched Reluctance MotoK變速開關(guān)磁阻電動機(jī)，這標(biāo)志著SR電機(jī)得到國際社會的承認(rèn)。該論文闡述了SR電機(jī)的基本原理與設(shè)計特點，研究了SR電動機(jī)的特性及其控制方式。1983年，英國TASC Drives有限公司將世界第一臺開關(guān)磁阻電動機(jī)一Oulton傳動裝置(7．5kW，1500r／rain)商品投放市場，1984年，又推出了2kW四個規(guī)格的系列產(chǎn)品。原聯(lián)邦德國在1984年至1986年期間也先后完成了1．5kW樣機(jī)的試制。SR電機(jī)問世不久便引起全國電氣傳動界的廣泛重視，除英國外，美國，加拿大，前南斯拉夫，埃及，土耳其等許多國家也都在積極開展SR電機(jī)的研究工作。美國空軍和CE公司聯(lián)合開發(fā)了航空發(fā)動機(jī)用SRD啟動發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，有30kW、270V、最大轉(zhuǎn)速為52000r／min和250kW、270V、最大轉(zhuǎn)速為23000r／min兩種規(guī)格，取得了良好的應(yīng)用效果。加拿大，前南斯拉夫在SR電機(jī)的運(yùn)行理論，電磁場分析等方面做了大量研究工作。埃及則對小功率的單相，兩相開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)，起動性能等方面進(jìn)行了許多研究。一些學(xué)者還研究了新型結(jié)構(gòu)的SR電機(jī)，如盤式SR電機(jī)，外轉(zhuǎn)子式SR電機(jī)，直線式SR電機(jī)f21和無位置傳感器式SR電機(jī)等。2．國內(nèi)發(fā)展情況從1984年開始，我國許多單位先后開展了SR電機(jī)的研究工作，如北京紡織機(jī)械研究所，華中理工大學(xué)，南京航空航天大學(xué)，東南大學(xué)，福州大學(xué)，華南理工大學(xué)及浙江大學(xué)等，且SR電機(jī)被列入中小型電機(jī)“七五科研規(guī)劃項目。在借鑒國外經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，我國SR電機(jī)的研究進(jìn)展很快，對SR電機(jī)的控制，仿真，設(shè)計理論和電磁場數(shù)值分析等都做了許多工作，在國際，國內(nèi)刊物和會議上發(fā)表了許多篇論文。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，就我國國情,要使SR電機(jī)被人們普遍采用還需要廣大的科研人員和研制單位做大量艱苦的推廣工作。目前，我國已研制了50kW,30kW等20多個規(guī)格的工業(yè)產(chǎn)品樣機(jī)在紡織機(jī)械，毛巾印花機(jī)，澤爾漿紗機(jī)，多功能蒸煮聯(lián)合機(jī)以及輕型龍門刨床和食品加工機(jī)械等方面的應(yīng)用中取得良好的效果。2000年，國內(nèi)100kW以上的SR電機(jī)已經(jīng)應(yīng)用于煤礦的采煤機(jī)，已將180kW的SR電機(jī)應(yīng)用地鐵機(jī)車的牽引，并已形成了一些SRD系列商品，最大功率達(dá)幾十到上百千瓦[4]。 開關(guān)磁阻電機(jī)(Switched Reluctance Motor簡稱SRM或SR電機(jī))調(diào)速系統(tǒng)是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的一種新型交流調(diào)速系統(tǒng)，因SR電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、堅固，工作可靠，效率高，所以它構(gòu)成的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(Switched Reluctance Drive—簡稱SRD)運(yùn)行性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都很好，具有很大的應(yīng)用潛力[2]。因此近年來，它在交流調(diào)速領(lǐng)域異軍突起，發(fā)展頗為迅速，成為當(dāng)代電氣傳動領(lǐng)域的熱門課題之一。