【正文】 模塊與運(yùn)行模塊是兩個(gè)主要模塊。啟動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的軟啟動(dòng)，在轉(zhuǎn)速達(dá)到50rpm時(shí)認(rèn)為電機(jī)已經(jīng)正常開(kāi)啟，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入正常的運(yùn)行狀態(tài)。運(yùn)行模塊實(shí)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(gè)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(duì)來(lái)自電機(jī)的位置信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，獲得位置信息及檢測(cè)信息。HSO中斷模塊負(fù)責(zé)根據(jù)來(lái)自HSI中斷模塊的數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)的開(kāi)通角、關(guān)斷角控制策略確定每一相的通斷時(shí)刻，并給出相應(yīng)的觸發(fā)信號(hào)到開(kāi)關(guān)器件的控制端。鍵盤(pán)及顯示模塊負(fù)責(zé)接受來(lái)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(shí)現(xiàn)控制者和系統(tǒng)的交互。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中如果出現(xiàn)異常，控制系統(tǒng)將轉(zhuǎn)至出錯(cuò)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(hào)將196CPU復(fù)位，然后等待系統(tǒng)指令，準(zhǔn)備再次啟動(dòng)。 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(gè)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(shí)鐘為12MHz時(shí))。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(pán)的中斷，HSI口的中斷以及定時(shí)器1的定時(shí)中斷。其中外部鍵盤(pán)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(hào)發(fā)生時(shí)，發(fā)出HSI中斷。這樣可以實(shí)現(xiàn)P、Q的兩個(gè)上跳變信號(hào)引發(fā)中斷，進(jìn)入相應(yīng)的中斷處理。3)鍵盤(pán)顯示接口的初始化。包括鍵盤(pán)的方式選擇，工作時(shí)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(gè)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(kāi)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(kāi)中斷。初始化模塊如圖510所示： 起動(dòng)模塊SR電機(jī)起動(dòng)時(shí)，相繞組的通電時(shí)間長(zhǎng)，從而造成相電流周期長(zhǎng)、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(kāi)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(dòng)階段一下子加大，而必須采用軟起動(dòng)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(shí)在加速過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速大于100rpm時(shí)，認(rèn)為起動(dòng)階段已經(jīng)結(jié)束。由于開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)HSI口的狀態(tài)沒(méi)有變化，無(wú)法產(chǎn)生中斷，因此要通過(guò)查詢當(dāng)前HSI口的狀態(tài)來(lái)確定通斷邏輯，起動(dòng)電動(dòng)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(jiàn)圖511所示[20]：SR電機(jī)起動(dòng)時(shí)，相繞組的通電時(shí)間長(zhǎng)，從而造成相電流周期長(zhǎng)、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(kāi)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(dòng)階段一下子加大，而必須采用軟起動(dòng)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(shí)在加速過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速大于100rpm時(shí)，認(rèn)為起動(dòng)階段已經(jīng)結(jié)束。由于開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)HSI口的狀態(tài)沒(méi)有變化，無(wú)法產(chǎn)生中斷，因此要通過(guò)查詢當(dāng)前HSI口的狀態(tài)來(lái)確定通斷邏輯，起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，以后的換相由HSI口的中斷處理程序控制。圖 511 起動(dòng)模塊 運(yùn)行模塊系統(tǒng)正常起動(dòng)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(lái)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(lái)實(shí)現(xiàn)，見(jiàn)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(shí)位置信號(hào)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(shí)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(xiě)入工作，最后恢復(fù)中斷現(xiàn)場(chǎng)退出中斷。見(jiàn)圖513。圖 512 運(yùn)行模塊 圖 513 HSI 中斷處理程序 鍵盤(pán)中斷處理處理程序鍵盤(pán)中斷處理程序主要完成以下功能：讀取鍵值，然后通過(guò)查詢鍵值表判斷應(yīng)調(diào)用的命令處理予程序(起動(dòng)、停止、復(fù)位、速度設(shè)定、加速、減速等)，最后恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)后退出中斷處理程序。圖514所示為鍵盤(pán)中斷處理子程序。 HSO控制子程序本程序是通過(guò)讀取輸出狀態(tài)寄存器以及換相時(shí)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(shí)間賦 圖514 鍵盤(pán)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(shí)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(jiǎn)單進(jìn)行了系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)。不論硬件部分還是軟件部分，都是先對(duì)系統(tǒng)總體框架進(jìn)行敘述，然后針對(duì)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(guò)程中主要成果及結(jié)論有：首先通過(guò)對(duì)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(kāi)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(dòng)領(lǐng)域中，對(duì)比其他調(diào)速系統(tǒng)，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)特有的幾大優(yōu)勢(shì)及主要的研究熱點(diǎn)，進(jìn)一步明確了加強(qiáng)對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行研究的意義。本文對(duì)開(kāi)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(duì)開(kāi)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(duì)PID控制及模糊控制進(jìn)行了基本理論的概述。對(duì)當(dāng)前應(yīng)用日益廣泛的模糊(fuzzy)控制算法在開(kāi)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(duì)于像開(kāi)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(duì)開(kāi)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(duì)開(kāi)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(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。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(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)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(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)發(fā)展綜述．華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)．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(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的仿真研究．科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)．200710 紀(jì)志成，薛花．基于Matlab的開(kāi)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(bào)．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(guó)電力出版社，200813 孫建忠，：中國(guó)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(bào)16 詹瓊?cè)A．開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)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 葛明，王樣顛，蘇鵬聲．開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制策略綜述．電氣傳動(dòng)．2001：171920 ．北京航空航天大學(xué)出版社，2002．521 陳昊，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路研究．電力電子技術(shù)，Vol．3，No．6，2000致謝致謝在此論文完成之際，我要對(duì)給予我耐心指導(dǎo)的老師表達(dá)我最誠(chéng)摯的謝意。本論文是在臧老師的悉心指導(dǎo)下完成的。在幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，老師嚴(yán)格的要求、耐心的指導(dǎo)讓我受益匪淺，老師深入淺出的指導(dǎo)使我從未知走向已知，從選定設(shè)計(jì)題目到指定參考資料，從建筑論文框架到答疑解惑，每一步都飽含著老師的悉心指導(dǎo)和殷切希望，他治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，一絲不茍的精神鼓舞我向上，他淵博的知識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度更是讓我欽佩不已。在老師的幫助下，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)才得以順利進(jìn)行，而且還使我熟練了計(jì)算機(jī)操作技術(shù)，增長(zhǎng)了不少見(jiàn)識(shí)。所有這一切都將有益于我今后的成長(zhǎng)和發(fā)展。在此次設(shè)計(jì)中，還得到了很多同學(xué)的幫助，在這里向他們致以衷心的感謝。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中還參考了許多的文獻(xiàn)和資料，在此向其作者表示感謝！衷心感謝電氣工程學(xué)院的全體老師對(duì)我的辛勤培養(yǎng)，為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。附錄1附錄附錄1 開(kāi)題報(bào)告一、綜述本課題國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說(shuō)明選題的依據(jù)和意義1. 國(guó)外研究動(dòng)態(tài) 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(guó)Aberdeen和Dafidson用兩個(gè)U型電磁鐵制造了由蓄電池供電的機(jī)車(chē)電動(dòng)機(jī)，但因電路斷開(kāi)時(shí)沒(méi)有釋放能量的續(xù)流二級(jí)管電路，以及采用的機(jī)械開(kāi)關(guān)控制電磁鐵的輪流通電，電動(dòng)機(jī)的性能不高。在此后100多年內(nèi)，SR電機(jī)都沒(méi)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(guó)的Leeds大學(xué)開(kāi)始對(duì)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(wú)論用晶體管還是普通晶閘管，所需的開(kāi)關(guān)數(shù)都是最少的，電動(dòng)機(jī)成本也明顯低于同容量的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。1973年，英國(guó)Nottingham大學(xué)對(duì)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(dòng)汽車(chē)的50kWSR電機(jī)裝置，其單位輸出功率和效率都高于同類(lèi)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，同時(shí)美國(guó)福特公司也研制出SRD，其結(jié)構(gòu)為軸向氣隙電動(dòng)機(jī)、具有電動(dòng)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(dòng)車(chē)輛傳動(dòng)。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(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，這標(biāo)志著SR電機(jī)得到國(guó)際社會(huì)的承認(rèn)。該論文闡述了SR電機(jī)的基本原理與設(shè)計(jì)特點(diǎn)，研究了SR電動(dòng)機(jī)的特性及其控制方式。1983年，英國(guó)TASC Drives有限公司將世界第一臺(tái)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)一Oulton傳動(dòng)裝置(7．5kW，1500r／rain)商品投放市場(chǎng)，1984年，又推出了2kW四個(gè)規(guī)格的系列產(chǎn)品。原聯(lián)邦德國(guó)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(wèn)世不久便引起全國(guó)電氣傳動(dòng)界的廣泛重視，除英國(guó)外，美國(guó)，加拿大，前南斯拉夫，埃及，土耳其等許多國(guó)家也都在積極開(kāi)展SR電機(jī)的研究工作。美國(guó)空軍和CE公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)用SRD啟動(dòng)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(chǎng)分析等方面做了大量研究工作。埃及則對(duì)小功率的單相，兩相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)，起動(dòng)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(pán)式SR電機(jī)，外轉(zhuǎn)子式SR電機(jī)，直線式SR電機(jī)f21和無(wú)位置傳感器式SR電機(jī)等。2．國(guó)內(nèi)發(fā)展情況從1984年開(kāi)始，我國(guó)許多單位先后開(kāi)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(xiàng)目。在借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我國(guó)SR電機(jī)的研究進(jìn)展很快，對(duì)SR電機(jī)的控制，仿真，設(shè)計(jì)理論和電磁場(chǎng)數(shù)值分析等都做了許多工作，在國(guó)際，國(guó)內(nèi)刊物和會(huì)議上發(fā)表了許多篇論文。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，就我國(guó)國(guó)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(guó)已研制了50kW,30kW等20多個(gè)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(mén)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(guó)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(chē)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(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)(Switched Reluctance Motor簡(jiǎn)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(lái)的一種新型交流調(diào)速系統(tǒng)，因SR電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固，工作可靠，效率高，所以它構(gòu)成的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(Switched Reluctance Drive—簡(jiǎn)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(lái)，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(dòng)領(lǐng)域的熱門(mén)課題之一。