【正文】 參考文獻(xiàn)[1]孫建忠、2005[2]，2000[3]，1999[4]，2008[5]，2001[6]張全柱、1998[7]「M」.機(jī)械工業(yè)出版社，2000[8]，[9]，2002[10]王喜蓮，2002[11]，2002[12]，2006[13]，2000[14]，2002[15]陳堅(jiān). ，2002[16]，2008[17]，1996[18]R. Vejian. Polynomial Neural Network Based Modeling of Switched Reluctance Motors. IEEE，2008[19] Xavier Rain, Micka168。理論只有應(yīng)用到實(shí)際中才能創(chuàng)造生產(chǎn)力，讓知識(shí)的力量得到真正的發(fā)揮。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由此完成。設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是SR電動(dòng)機(jī)的理想線性模型，以此為依據(jù)，再根據(jù)選用的SR電動(dòng)機(jī)樣機(jī)，選用適宜的功率主電路，接著確定位置檢測(cè)電路以及電流斬波控制電路等相關(guān)電路，完成整個(gè)硬件電路。在這個(gè)基礎(chǔ)上，最后決定選用目前應(yīng)用比較成熟的單片機(jī)80C196KC作為控制核心。本次設(shè)計(jì)首先進(jìn)行的是對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的基本了解。[1]第6章 總結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是目前電氣傳動(dòng)領(lǐng)域的新型調(diào)速系統(tǒng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。EXTINT可供兩個(gè)中斷源使用，都用來(lái)作為外部中斷源。在80C196KC中共有兩個(gè)外部中斷向量，即EXTINT和EXTINT1。這樣，在整個(gè)中斷過(guò)程中完成相應(yīng)相的導(dǎo)通和關(guān)斷操作。接著，在中斷中完成打開(kāi)相應(yīng)主開(kāi)關(guān)的操作，同時(shí)，將關(guān)斷角的數(shù)值輸入到定時(shí)器2中。針對(duì)SR電動(dòng)機(jī)的四相將相應(yīng)的導(dǎo)通角的數(shù)值輸入到時(shí)間寄存器中。在低速定角度控制時(shí)，轉(zhuǎn)速誤差通過(guò)PID調(diào)節(jié)后作為電流的給定值；在高速段采用APC控制時(shí)，通過(guò)PID算法調(diào)節(jié)開(kāi)通角的大小。控制算法模塊入口CCC控制方式轉(zhuǎn)速計(jì)算n1500?APC控制方式PI算法模塊計(jì)算θon，i*YesNo返回軟件細(xì)分 圖54控制算法模塊流程圖 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)模塊是為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)制提供數(shù)學(xué)支撐，是調(diào)速環(huán)節(jié)的理論基礎(chǔ)。當(dāng)轉(zhuǎn)速在低速階段時(shí)，采用電流斬波控制，通過(guò)單片機(jī)的PWM輸出電流并進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，將輸出值作為斬波電路的參考電壓。控制算法模塊如下圖54所示。的平均轉(zhuǎn)速，并以此為實(shí)測(cè)速度與預(yù)先設(shè)定好的轉(zhuǎn)換速度值進(jìn)行比較，基速以下采用定角度斬波控制，基速以上采用變角度控制。在前文中已有詳述，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過(guò)15176。SR電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)狀態(tài)通過(guò)固定位置邏輯信息的變化次數(shù)來(lái)檢測(cè)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定時(shí)進(jìn)入中斷等待。內(nèi)都保持主開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。按下起動(dòng)鍵時(shí)，單片機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)指令進(jìn)行正向或反向起動(dòng)邏輯控制相關(guān)相的主開(kāi)關(guān)通斷。 起動(dòng)模塊如下圖52所示：起動(dòng)模塊入口起動(dòng)程序有關(guān)變量及參數(shù)初始化正轉(zhuǎn)邏輯讀HSI狀態(tài)正轉(zhuǎn)？起動(dòng)過(guò)程已完成？反轉(zhuǎn)邏輯開(kāi)位置中斷等待YesYesNoNo 圖52起動(dòng)模塊流程圖起動(dòng)模塊的主要作用是起動(dòng)電動(dòng)機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)到所需要的運(yùn)行速度。HSI口才可捕獲到一個(gè)脈沖邊沿跳變，在本此的設(shè)計(jì)系統(tǒng)中16位的HIS_TIME寄存器的計(jì)時(shí)周期為65ms，就是說(shuō)在轉(zhuǎn)速為39rpm時(shí)，計(jì)數(shù)才有效。主程序流程圖如下圖51所示。系統(tǒng)初始化主要是初始化程序中的相關(guān)變量，如給定轉(zhuǎn)速等，同時(shí)設(shè)定CPU外部接口的工作方式及工作狀態(tài)，同時(shí)初始化CPU內(nèi)部的各功能部件，開(kāi)放中斷，使系統(tǒng)開(kāi)始準(zhǔn)備運(yùn)行。[1][20]主程序的主要功能是通過(guò)對(duì)各子程序模塊的調(diào)用，根據(jù)轉(zhuǎn)速對(duì)SR電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行和控制狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)換，并且完成控制參數(shù)的輸入和顯示，以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的閉環(huán)控制。主程序采用對(duì)各子模塊調(diào)用的形式，以不斷循環(huán)的結(jié)構(gòu)運(yùn)行，以便實(shí)現(xiàn)控制參量的輸入、運(yùn)行狀態(tài)的顯示、正反轉(zhuǎn)運(yùn)行與轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。本次設(shè)計(jì)以SOC196KC為控制核心，相應(yīng)的控制程序也應(yīng)該與系統(tǒng)總體的總體設(shè)計(jì)思想和硬件電路緊密融合在一起。（6）不同速度段不同控制方式之間的切換。（4）電機(jī)起動(dòng)，通過(guò)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的組合邏輯判定通電相。鍵盤(pán)與顯示器通過(guò)8279芯片的控制，和CPU接口完成控制參數(shù)的輸入和轉(zhuǎn)速、電壓、電流的顯示。主要包括各種參數(shù)初始化、I/O口初始化、鍵盤(pán)和顯示器的初始化以及存儲(chǔ)區(qū)的初始化。本次設(shè)計(jì)的樣機(jī)為小功率的SR電動(dòng)機(jī)，故在此區(qū)域以電壓PWM斬波為主，同時(shí)適當(dāng)調(diào)節(jié)導(dǎo)通角θon和關(guān)斷角θoff的進(jìn)行控制，故這種控制方式亦可稱(chēng)之為變角度的電壓斬波控制。在高速階段（15002000rpm），采用APC控制方式。在中速階段（501500rpm），采用定角度斬波控制。在每相繞組電感上升區(qū)段的30176。為了實(shí)現(xiàn)SRD系統(tǒng)對(duì)調(diào)速的要求，且實(shí)現(xiàn)各種高性能控制，軟件系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：（1）電機(jī)起動(dòng)時(shí)無(wú)起動(dòng)死區(qū)，；（2）能在線準(zhǔn)確計(jì)算并穩(wěn)定顯示電動(dòng)機(jī)的時(shí)機(jī)轉(zhuǎn)速；（3）據(jù)本次電動(dòng)機(jī)參數(shù)，應(yīng)能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速在502000rpm之間連續(xù)可調(diào)，在501500rpm范圍恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，在15002000rpm范圍能實(shí)現(xiàn)恒功率穩(wěn)定運(yùn)行；（4）能夠判斷故障源，并能在顯示器上顯示出來(lái)；（5）能通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)起、?？刂?，并能預(yù)置轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。而對(duì)SR電動(dòng)機(jī)的進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，就是通過(guò)調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)矩和負(fù)載相平衡，使其在功率允許范圍內(nèi)的任何負(fù)載轉(zhuǎn)矩情況下，使SR電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定在給定轉(zhuǎn)速。第5章 軟件設(shè)計(jì) 在前文中，已對(duì)系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)進(jìn)行了完整的設(shè)計(jì)，但硬件系統(tǒng)要想運(yùn)行速度快，且控制精確，亦離不開(kāi)合理、完善的軟件支持。在總圖中，只畫(huà)了A、C相的邏輯綜合電路，C、D相的邏輯綜合電路與此類(lèi)似，在圖中未畫(huà)出。因?yàn)?279單個(gè)芯片就能實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)輸入和LED顯示控制功能，自動(dòng)消除開(kāi)關(guān)抖動(dòng)，對(duì)顯示器自動(dòng)進(jìn)行掃描和按鍵識(shí)別，從而節(jié)省了微處理器的運(yùn)算時(shí)間，很大程度上提高了CPU的工作效率。如下圖48所示，這是選用的驅(qū)動(dòng)電路圖， 圖48驅(qū)動(dòng)電路圖 參數(shù)顯示及外部接口電路顯示電路是人機(jī)交流的重要途徑，而未接電路用來(lái)為輸入命令和數(shù)據(jù)以對(duì)SR電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行干預(yù)和控制，同時(shí)將SR電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n、開(kāi)通角θon、關(guān)斷角θoff以及繞組電流等重要參數(shù)顯示出來(lái)。SR電動(dòng)機(jī)的過(guò)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。[1]交流電源的整流電路選用可選用Eupec公司生產(chǎn)的TT B6C 135 N三相全控整流橋（1600V/137A），濾波電容選用兩只3900μF/400V的電解電容串聯(lián)構(gòu)成雙電源。電容CC2起濾波和分壓的作用。電機(jī)啟動(dòng)合閘，Rb被切除。電路由三相工頻交流電經(jīng)全波整流后供電，其直流供電電壓平均值約為513V。本次設(shè)計(jì)采用電容分壓型主電路其電路圖47如下所示： 圖47功率主電路在圖中易看出，該功率變換器的每相只需要一個(gè)開(kāi)關(guān)器件和一個(gè)續(xù)流二極管，它們上下交替排布。下面以A相為例，說(shuō)明邏輯綜合電路的控制原理。當(dāng)過(guò)熱時(shí)，使單片機(jī)發(fā)出故障信號(hào)，防止過(guò)高溫度下電機(jī)被燒壞。圖45所示為過(guò)熱保護(hù)電路，使用AD590溫度傳感器，這種傳感器的精密度較高，無(wú)需溫度補(bǔ)償，且抗干擾能力較強(qiáng)。通過(guò)在程序中改變HSO復(fù)位定時(shí)器2事件的觸發(fā)時(shí)間，也就改變了PWM的頻率，有利于實(shí)現(xiàn)不同功率開(kāi)關(guān)對(duì)PWM頻率的要求，提高了控制頻率的靈活性。如果HSO高速交替輸出高低電平，則它本生就是輸出PWM信號(hào)，不用新增控制線便能實(shí)現(xiàn)電壓斬波控制；若HSO根據(jù)位置傳感器信號(hào)的變化來(lái)確定輸出高低電平則它就是角度控制信號(hào)了。80C196KC一共提供了6個(gè)HSO端口引腳，其中兩個(gè)引腳與HSI口復(fù)用。電壓斬波的實(shí)質(zhì)是進(jìn)行PWM調(diào)節(jié)，通過(guò)對(duì)PWM波的占空比的調(diào)節(jié)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)組端平均電壓的調(diào)節(jié)和速度閉環(huán)控制。同時(shí)還將此引腳作為故障處理的一個(gè)控制端。如果在Tl時(shí)間內(nèi)Vl變?yōu)楦唠娖?，則在Tl終止時(shí)刻，OUTAC恢復(fù)高電平，主功率開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通；如果在T1時(shí)間內(nèi)Vl一直為低電平，則OUTAC繼續(xù)處于關(guān)斷狀態(tài)直到Vl為高電平為止，如此循環(huán)反復(fù)就構(gòu)成一個(gè)斬波調(diào)節(jié)控制。 圖42位置檢測(cè)電路本設(shè)計(jì)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(fù)相輸入端V為電流檢測(cè)器測(cè)得的繞組電流實(shí)際值轉(zhuǎn)化的UAC，兩者相比較產(chǎn)生相應(yīng)的通斷信號(hào)，當(dāng)UrefUAC即V+V時(shí)，LM339輸出Vl為高電平，此時(shí)，與此相對(duì)應(yīng)相的主功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。三相工頻電壓經(jīng)全波整流器整流后給SR電動(dòng)機(jī)供電，整流后的直流供電電壓平均為513V，電動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí)的峰值電流約為147A。轉(zhuǎn)速范圍：502000rpm；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩：。第4章 SRD系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 本次SRD系統(tǒng)設(shè)計(jì)以微控制器80C196KC為核心，其硬件結(jié)構(gòu)如下圖所示：P0 HSI PWM HSO 位置、速度檢測(cè)電路故障檢測(cè)電路鍵盤(pán)及外接電路顯示電路相控信號(hào)輸出電路過(guò)流保護(hù)及電流斬波電路故障控制電路邏輯綜合電路 驅(qū)動(dòng)放大電路 功率變換器 本次設(shè)計(jì)采用的是四相8/6極SR電動(dòng)機(jī)，其主要技術(shù)指標(biāo)如下：額定功率:30kW。此外80C196KC采用2分頻電路能產(chǎn)生不同相位的內(nèi)部時(shí)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。80C196KC單片機(jī)繼承了80C196KB的許多優(yōu)點(diǎn)，是MCS96系列單片機(jī)中的高性能產(chǎn)品。[7] 80C196KC單片機(jī)簡(jiǎn)介80C196KC是Intel公司MCS96系列單片機(jī)中功能電路較為完備的一種單片機(jī)，CPU是16位，適合各類(lèi)自控系統(tǒng)。常用的功率主電路由雙開(kāi)關(guān)型、雙雙繞組型、電容分壓型、H橋型公共開(kāi)關(guān)型幾種。功率變換器是直流電源和SR電動(dòng)機(jī)的接口，同時(shí)為系統(tǒng)的儲(chǔ)能提供回饋路徑。 在SRD系統(tǒng)中，由IGBT構(gòu)成的主回路及其IGBT的驅(qū)動(dòng)電路合并為一個(gè)完整的功率變換環(huán)節(jié)。這個(gè)部分主要綜合了控制方式實(shí)現(xiàn)信號(hào)、各相繞組通斷切換信號(hào)以及故障判斷信號(hào)等，輸出一個(gè)符合電動(dòng)機(jī)相數(shù)的并且實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制方式的多路信號(hào)，該信號(hào)傳送給驅(qū)動(dòng)電路板。 在課題采用的基本的控制方式是在基速Ω1以下實(shí)行電流斬波控制，Ω1以上實(shí)行變角度的電壓PWM斬波控制。 電流和電壓斬波控制調(diào)節(jié)器 電流和電壓斬波控制調(diào)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(gè)組成部分。電阻采樣法功耗高，且檢測(cè)靈敏度較低，此外電流檢測(cè)的線性度亦不好；而霍爾傳感器相對(duì)靈敏度更高，本身還有自保護(hù)功能，因而適用更廣。電流檢測(cè)環(huán)節(jié)的主要作用有以下二點(diǎn)，一是將檢測(cè)得到的實(shí)時(shí)電流作為電流調(diào)節(jié)的控制參量，在起動(dòng)、低速運(yùn)行和加速運(yùn)行時(shí)進(jìn)行電流調(diào)節(jié)和導(dǎo)通角度限制；二是監(jiān)測(cè)功率變換電路判斷是否存在過(guò)電流故障，以便進(jìn)行過(guò)流保護(hù)和故障處理。單片機(jī)的控制采用采樣控制，因而上式中的積分項(xiàng)可以用數(shù)學(xué)方法逼近：設(shè)t=iT(T 為采樣周期)表示采樣時(shí)間，則上式可離散化為： 在實(shí)際控制系統(tǒng)中，采用APC控制時(shí)，常采用固定關(guān)斷角θoff，調(diào)節(jié)θc的控制方法，先通過(guò)計(jì)算機(jī)算出相應(yīng)轉(zhuǎn)速的最佳關(guān)斷角θoff，將這個(gè)值存到存儲(chǔ)器中，再由PI調(diào)節(jié)器算出導(dǎo)通角θop，用θoff θop就可得到開(kāi)通角θon，進(jìn)而完成APC控制。由上式易看出，PI調(diào)節(jié)器的比例調(diào)節(jié)的輸出與偏差成正比，且偏差越大，調(diào)節(jié)速度越快；積分環(huán)節(jié)對(duì)存在的偏差進(jìn)行積分，可以消除靜差。但由于SR電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)性能較好，一般使用比例和積分環(huán)節(jié)，即PI調(diào)節(jié)，就可以勝任SR電機(jī)的調(diào)速控制。 數(shù)字速度PI調(diào)節(jié)器 數(shù)字速度PI調(diào)節(jié)器是實(shí)現(xiàn)對(duì)SR電動(dòng)機(jī)斬波電流和導(dǎo)通角自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵，是速度位置閉環(huán)控制系統(tǒng)中的重中之重，它與控制策略的實(shí)施和控制品質(zhì)的優(yōu)劣直接相關(guān)。）的時(shí)鐘數(shù)除以60，這可以得到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)1176。所用的時(shí)間從而計(jì)算出轉(zhuǎn)速而進(jìn)行轉(zhuǎn)速刷新?？蓳?jù)此來(lái)進(jìn)行位置同步、控制相序。將轉(zhuǎn)子上位置傳感器上得到的方波信號(hào)先后進(jìn)行分壓濾波、電平轉(zhuǎn)換，在控制寄存器中將捕獲中斷事件的方式設(shè)為上下沿都觸發(fā)的方式，這樣每經(jīng)過(guò)一個(gè)步距角（15176。下面將就方案的具體實(shí)施和測(cè)速原理進(jìn)行分析。 轉(zhuǎn)子位置信號(hào)是SR電動(dòng)機(jī)控制時(shí)序的決策依據(jù)，在前文中已有詳述。每相繞組在傳感器信號(hào)的高低電平下的通斷如上表。）根據(jù)電機(jī)運(yùn)行時(shí)位置檢測(cè)信號(hào)和對(duì)應(yīng)相電感的關(guān)系，可以確定SR電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)各相主開(kāi)關(guān)器件的切換邏輯。的脈沖序列，再通過(guò)相間關(guān)系可得基本位置信號(hào)的通電邏輯如下圖31所示：A相B相C相D相SPθθθθθθOOOO 圖31正轉(zhuǎn)時(shí)位置信號(hào)與相繞組通電邏輯（θon=0176。電路通電后，位置檢測(cè)電路可以輸出兩路周期為60176。即在某相（A相）定子繞組中心線位置安裝光電開(kāi)關(guān)V再順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)45176。、75176。 本次課題采用的樣機(jī)是四相8/6極SR電動(dòng)機(jī)，采用半數(shù)檢測(cè)法，即采用兩個(gè)光電開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢測(cè)，其間的夾角Δθ由下式?jīng)Q定： Δθ=（k1/m）τr (k=1，2，...)可知，兩個(gè)光電開(kāi)關(guān)之間可以為15176。 對(duì)于一個(gè)m相的SR電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子齒極數(shù)為Nr，定子齒極數(shù)為Ns，轉(zhuǎn)子的極距