【正文】 雖然提出了一些解決這一問題的相關(guān)控制策略，但是大多還只是處于仿真階段，具體如何用DSP程序去實現(xiàn)還有待于進一步的工作。SRD系統(tǒng)作為新一代的調(diào)速系統(tǒng)，有著極其廣闊的發(fā)展前景，但噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動較大的特點影響了其適用場合，本設(shè)計從硬件和軟件控制算法方面做了有益的探索，但限于時間倉促和設(shè)計工具的缺陷，本控制系統(tǒng)還有許多可以改進與完善的地方：，只有采用整體的設(shè)計方法，才能不斷完善對SRM的控制，因而加強對開關(guān)磁阻電機本體的研究，從SR電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計入手，合理設(shè)計磁場結(jié)構(gòu)、定子磁軛剛度，合理選擇氣隙、極弧參數(shù)及勵磁方式，優(yōu)化繞組的拓撲結(jié)構(gòu)。圍繞提高SRD控制器的性能這一主題，本設(shè)計在對SRD研究歷史和發(fā)展趨勢進行回顧之后，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)磁阻電動機的直接轉(zhuǎn)矩控制策略和微步控制策略，并對構(gòu)成的各個硬件部分進行了分析和設(shè)計，基于TMS320F2407DSP芯片，設(shè)計開發(fā)了SRM的樣機系統(tǒng)，進行了實驗，驗證了設(shè)計的可行性和正確性，從而使轉(zhuǎn)矩能夠平滑過渡，達到減小電機轉(zhuǎn)矩脈動的目的，結(jié)果表明該控制策略不僅方便實現(xiàn)，而且有效地減小了轉(zhuǎn)矩脈動。 Waveform of the winding voltage when speed 15 constant第五章 結(jié)論SRM結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、極少需要維護，調(diào)速范圍寬，低速性能好，控制靈活性大，在寬的轉(zhuǎn)速和功率范圍內(nèi)都具有高輸出和高效率，所以SRD系統(tǒng)是一種具有廣闊前景的新型高效節(jié)能調(diào)速系統(tǒng)。故障產(chǎn)生后首先封閉PWM的輸出，然后通過判斷標志位確定到底是何種故障，其流程圖如下： Fault disposal Program flow chart SRD實驗系統(tǒng)及實驗結(jié)果本系統(tǒng)一般采用兩相斬波電路，以F2407DSP為控制單元。本設(shè)計采用一個計數(shù)裝置計取規(guī)定時間間隔內(nèi)脈沖發(fā)生器輸出的脈沖數(shù)從而求出速度。（3）初始化包括液晶顯示芯片初始化以及顯示緩沖區(qū)和顯示內(nèi)容的初始化（4）參數(shù)初始化主要對功能碼及參數(shù)、各控制字和標志、PI調(diào)節(jié)參數(shù)、轉(zhuǎn)速計算單元的初始化。變量說明包括對變量的數(shù)值類型、所在程序單元的分配(所有的變量必須定位于DSP內(nèi)置的544個字的片內(nèi)數(shù)據(jù)/程序共享R胡中)等說明，常量賦值包括對外設(shè)端口地址、數(shù)值轉(zhuǎn)換用碼表、顯示符號代碼表、正反轉(zhuǎn)相序、濾波常數(shù)PI初始參數(shù)等。由鍵盤傳來的起動正轉(zhuǎn)、起動反轉(zhuǎn)、停車、制動信號及驅(qū)動板傳來的過壓、欠壓等信號經(jīng)過一個優(yōu)先編碼器編碼后進入TMS320F240的IO口，DSP根據(jù)最高級別有效信號的編碼轉(zhuǎn)入不同的分支處理子程序，在各個子程序中設(shè)定各自相關(guān)的標志位，并給顯示寄存器賦以相應(yīng)的顯示值。這時中斷2的中斷矢量寄存器EVIVR人中的值為20h，系統(tǒng)便轉(zhuǎn)去執(zhí)行PDPINT的中斷服務(wù)程序，封鎖DSP的所有中斷。另外，POPINT引腳的中斷與定時器1共用一級中斷。DSP芯片TMS320F24O是一種面向電機控制的專用芯片，其內(nèi)部集成了許多外圍功能器件，如模數(shù)轉(zhuǎn)換、事件管理器等。本系統(tǒng)的命令輸入、控制參數(shù)的修改與顯示、故障的處理、控制算法等是通過子程序調(diào)用和中斷服務(wù)子程序來實現(xiàn)的。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、運行子程序的調(diào)用。中斷服務(wù)子程序主要包括中斷子程序、速度控制中斷子程序、PWM脈寬控制中斷子程序。SRD控制軟件，主要由初始化子程序、土程序、中斷服務(wù)程序、鍵盤及顯示處理子程序、延時子程序、PI控制子程序等組成。但這增加了軟件實現(xiàn)的復(fù)雜性。根據(jù)SRM的運行機理，為了提高電機的出力，當轉(zhuǎn)子位置轉(zhuǎn)動到使相電感開始上升的點時，相電流應(yīng)達到指令值為此，對應(yīng)的主開關(guān)器件開通角θon應(yīng)提前到相電感開始上升點之前，另一方面，為了防止產(chǎn)生負轉(zhuǎn)矩，應(yīng)在電感開始下降前切斷繞組，為此主開關(guān)關(guān)斷角θoff應(yīng)提前到相繞組完全齒一齒相對位置之前。由于SR電機很難建立準確的數(shù)學(xué)模型，兩個參數(shù)實際上要通過反復(fù)試湊才能得到。因此PI調(diào)節(jié)器能夠?qū)⒈壤{(diào)節(jié)的快速性和積分調(diào)節(jié)消除靜差的作用有機的結(jié)合起來，用以改善系統(tǒng)性能。本系統(tǒng)為簡化起見，采用PID算法進行速度閉環(huán)控制，而且由于SRM具有較好的動態(tài)性能，實際上只使用了比例和積分環(huán)節(jié)即PI調(diào)節(jié)。速度反饋信號ωr，由位置傳感器輸出的轉(zhuǎn)子位置信號計算得出，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)器的輸出信號則作為電流指令值i，再與由霍爾傳感器測到的實際相電流值i比較，形成電流偏差，以控制PWM信號的脈寬，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。每個集成電路的電源和地之間都要加一個適當?shù)娜サ滊娙?，一方面作為集成電路的蓄能電容，提供和吸收其自身開關(guān)的充放電能量；另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。時鐘晶振盡量靠近用到該時鐘的器件，晶振外殼接地，并用地線將時鐘包圍起來，以使時鐘信號回路周圍的電場趨近于零。PCB板上的線以電源線和地線最重要。系統(tǒng)的控制板和驅(qū)動板均放在鐵盒內(nèi)，因為金屬盒可以破壞電場干擾，且有靜電屏蔽功能，不至于影響內(nèi)部電路的正常工作。電子系統(tǒng)的抗干擾性能是系統(tǒng)可靠性的一個重要指標，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)計中的一個不可忽視的重要內(nèi)容。設(shè)計軟件和硬件的過流保護電路，保證電力電子器件在過流和短路狀態(tài)下及時可靠關(guān)斷。： LED drive diagram 電路的保護及抗干擾設(shè)計為了保證系統(tǒng)安全可靠地工作，在設(shè)計上考慮了多重保護功能，包括過流、過壓、欠壓、過載、DSP故障報警等功能。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)和時鐘信號給MAx7219，同時將7219的片選信號LOAD與F240的一個I/0口連接即可。正反轉(zhuǎn)控制：給出正/反轉(zhuǎn)方向命令。起動鍵：給出起動命，使電機轉(zhuǎn)動。直接連接到DSP的I/O口線上。采用這種軟件實現(xiàn)的電流斬波方式，可以靈活的改變過流及起動斬波的設(shè)定值，節(jié)省了外圍電路的硬件成本。本系統(tǒng)電流斬波采用軟件方法實現(xiàn)，在P枷脈寬控制中斷子程序(T1定時器中斷)中啟動ADC單元、對電流傳感器進行電流采樣，讀取電流采樣值，當此實際電流值大于給定電流值時，即封鎖PWMI一PWM4輸出，關(guān)斷IGBT，使相繞組電流卜降。傳感器輸出為與被測電流成線性關(guān)系的電流信號，經(jīng)電阻采樣后成為0一十5V的電壓信號輸入到DSP控制器的A/D轉(zhuǎn)換器的輸入口ADINx。由前面的分析得知，本系統(tǒng)通常采用SRM電機四相繞組兩相斬波工作方式，即任何瞬時均有A、C相的一相和B、D相中的一相同時通電，但A、C相，B、D相永遠不會同時通電。 Connection approach of current sensor為實現(xiàn)電流斬波控制和過電流保護，必須對繞組中的電流進行檢測。當定時器Tl的計數(shù)值與全比較單元的比較寄存器中的值相同時，產(chǎn)生比較匹配，發(fā)生比較輸出轉(zhuǎn)換。 Intocoupler connection to the DSP、三個全比較器、三個簡單比較器實現(xiàn)。輸出兩路相位差15176。對于四相8/6極SR電動機，在定子上安裝兩個相距15176。間隔的6齒遮光盤。本系統(tǒng)采用的是光電式位置傳感器，它由靜止和轉(zhuǎn)動兩部分組成。對于8/6SRM而言，在一個轉(zhuǎn)子極距角Tr=60 186。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，然后位置反饋信號至DSP確定對應(yīng)相繞組的通斷。SRD步進驅(qū)動系統(tǒng)工作在自同步狀態(tài)。同時它專為電機控制增加了一些特殊功能，如其中的事件管理器模塊，可方便地產(chǎn)生PWM輸出波形，兩個10位的ADC轉(zhuǎn)換模塊可以同時檢測兩相電流以及編程的死區(qū)控制單元等等。F2407的內(nèi)部采用哈佛結(jié)構(gòu)、流水線作業(yè)、專用的硬件乘法器及及特殊的DSP指令，使得其執(zhí)行速度很快。理論分析和仿真結(jié)果表明，這種控制策略不但控制簡單，而且能夠在低速下有效地抑制開關(guān)磁阻電動機的轉(zhuǎn)矩脈動。同時隨著開關(guān)磁阻電動機每轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矢量數(shù)的增加，電機穩(wěn)態(tài)合成轉(zhuǎn)矩的脈動大大減小，從而有效的抑制了電機的轉(zhuǎn)矩脈動。2a、c為電機微步控制方案時每轉(zhuǎn)48個轉(zhuǎn)矩矢量時的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩和相繞組電流的仿真曲線，、d為沒有采用微步控制策略時的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩和相繞組電流的仿真曲線，此時電機每轉(zhuǎn)為24個轉(zhuǎn)矩失量。 仿真分析為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動的抑制，運用前面的微步控制策略，對系統(tǒng)進行了仿真研究，仿真采用目前流行的仿真軟件Matlab/Simulink。尤其在開關(guān)磁組電機高速運行時，繞組中電流只有很短的時間來跟蹤給定電流，微步控制的階梯形理想電流分布就很難實現(xiàn)。采用高頻率全控型電力電子器件IGBT保證了輸出電流接近理想值，從而使開關(guān)磁阻電動機實現(xiàn)微步控制。 Microstep control system structure of SRM開關(guān)磁阻電動機微步控制的核心是控制相繞組電流跟隨給定電流，由于各相繞阻電流的大小對派生轉(zhuǎn)矩矢量的相位和幅值有著重大的影響，所以試驗中采用的電力電子線路主要為電流型?？刂破魇情_關(guān)磁阻電動機驅(qū)動系統(tǒng)的核心，而采用OSP信號處理器人大提高了控制器的信息處理能力，功能更加完善，控制策略更加靈活，結(jié)構(gòu)更加緊湊。圖中虛框部分代表了TMS32oF2407用于數(shù)字化開關(guān)磁阻電動機系統(tǒng)的系統(tǒng)組成。隨著電機每轉(zhuǎn)細分步數(shù)的增加，電機的步進角則逐漸減小，從而使電機輸出轉(zhuǎn)矩的平滑性得到了很好的控制，轉(zhuǎn)矩脈動得到了抑制。如果采用微步控制策略，使其通電順序為A一AB一B一BC一毛一毛D一D一DA一A，即八拍為一個周期。電機輸出轉(zhuǎn)矩的平滑性得到了改善，從而有效地減小電機轉(zhuǎn)矩的脈動。由上一節(jié)的微步細分控制原理可知，若要求電機有更小的步進角，可以在每次換相時，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。顯然，開關(guān)磁阻電動機輸出瞬時轉(zhuǎn)矩的脈動性限制了其在伺服傳動等要求低速運行轉(zhuǎn)矩無脈動場合下的應(yīng)用。 Torque star map由于開關(guān)磁阻電動機本身特點，即使采用最佳換相點方法，合成轉(zhuǎn)矩在換相點之間依然存在轉(zhuǎn)矩脈動。派生轉(zhuǎn)矩矢量的相位是可以通過繞阻電流的控制加以調(diào)節(jié)。稱TA、TB、TC和TD基本轉(zhuǎn)矩矢量，它們的相位取決于定子磁極中心線的空間位置，與各相繞阻的電流大小無關(guān)?？梢岳斫鉃門AB和TA錯開半個步進角。TAB比TA超前45186。一步一步旋轉(zhuǎn)。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。因此，可以用空間矢量Tk代表k相繞阻的電磁轉(zhuǎn)矩，Tk的相位和k相繞阻磁極中心線一致。因此，電感是轉(zhuǎn)子位置和電流的函數(shù)，故電磁轉(zhuǎn)矩也是轉(zhuǎn)子位置和電流的函數(shù)，而不僅僅是轉(zhuǎn)子位置的函數(shù)。式()的矩角特性是在假定電感同電流無關(guān)，而僅僅與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)的情況下推導(dǎo)出來的。時盡管電磁轉(zhuǎn)矩也為零，但是此時電磁轉(zhuǎn)矩的作用是迫使轉(zhuǎn)子離開這個平衡位置，故β=180186。=0186。由式()和()可得： ()式(4)為開關(guān)磁阻電動機的矩角特性，電角度p稱為矩角。電動機每轉(zhuǎn)一圈，電感變化的周期正比于轉(zhuǎn)子的極對數(shù)。結(jié)構(gòu)上與步進電動機相似的SR電動機其運行原理也遵循“磁阻最小原理”，也就是說電機的轉(zhuǎn)矩是由磁路選擇最小磁阻結(jié)構(gòu)的趨勢而產(chǎn)生的。開關(guān)切換過程中不可避免地給相電流帶來擾動，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動。將DTC應(yīng)用于SRM還有一個優(yōu)勢，就是控制簡單、只需用低成本的微處理器就可以實現(xiàn)。仿真結(jié)果充分證明了這一方法能有效減小轉(zhuǎn)矩波動，改善基于直接轉(zhuǎn)矩控制思想的磁鏈控制的轉(zhuǎn)矩和速度的平滑性。m僅用了2ms。系統(tǒng)具有較高的響應(yīng)速度，m。(a)中看到控制前的電機轉(zhuǎn)矩脈動很大，(b)中可以看到，采用直接轉(zhuǎn)矩控制的電機轉(zhuǎn)矩維持在3N，可以看出定子磁鏈幅值