【正文】 同時(shí)，啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩均值明顯大于勻速時(shí)的轉(zhuǎn)矩均值，說明 SRM 電動(dòng)機(jī)具有大轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)的特性。 圖 SRD 系統(tǒng)仿真圖 仿真得到的轉(zhuǎn)速波形如圖 ，給定 1500r/min，而最終速度也穩(wěn)定在1500r/min。 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 37 頁(yè) 共 48 頁(yè) 圖 PWM波生成 圖 系統(tǒng)仿真及結(jié)論 將上述模塊連接成一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)，達(dá)到換相， PI 調(diào)速環(huán)和限流環(huán)的目的，同時(shí)還要根據(jù)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)角信息做出換相處理。 圖 83 位置檢測(cè)模塊圖 PI 調(diào)速模塊 PI 調(diào)速模塊分兩部分組成： PI 算法部分和 PWM 生成部分。 圖 驅(qū)動(dòng)模塊 圖 位置檢測(cè)模塊 此模塊用于得到各相的開關(guān)信號(hào)，并與 PI 調(diào)速模塊送出的 PWM 波相與。 功率驅(qū)動(dòng)模塊 此模塊主要用于驅(qū)動(dòng) SRM 的 A、 B、 C 三相，由控制信號(hào) G 控制各相開關(guān)中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 36 頁(yè) 共 48 頁(yè) 器件（ IGBT）的導(dǎo)通，將電源的電能輸送給 SRM。 電機(jī)模塊 在 MATLAB/ SIMULINK 元件庫(kù)中有開關(guān)磁阻電機(jī)模塊，模塊圖如圖 。 另外 ， 使用MATLAB 的中的各種分析工具 ， 還可以對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析和可視化 ， 使 仿真研究更有效率。 (3) 定時(shí)器 T2 完成測(cè)速和換相的任務(wù)，具體流程圖如圖 所示。 PI 算法程序開始 ? ? ? ?1???? kkpT eeKku ? ? ? ? kiTT eKkuku ???? kk ee ??1 PI 算法程序結(jié)束 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 35 頁(yè) 共 48 頁(yè) (2) 外部中斷 1 為過流保護(hù)中斷，作用為接受到過流的低電平信號(hào)后即產(chǎn)生中斷，中斷輸出信號(hào) 毫秒后恢復(fù)輸出。 單片機(jī)串口在發(fā)送 8 位數(shù)據(jù)的時(shí)候，先發(fā)送低位的數(shù)據(jù)再發(fā)送高位的數(shù)據(jù)，所以在程序編寫時(shí)應(yīng)注意發(fā)送數(shù)據(jù)的順序。 同步模式將數(shù)據(jù)放入發(fā)送寄存器 SBUF 時(shí)啟動(dòng)發(fā)送功能，串行口把數(shù)據(jù)從RXD 引腳送出，低位在前，高位在后，發(fā)送完后將中 斷標(biāo)志 TI 置位， TXD 引腳輸出同步移位脈沖。串口模式 當(dāng)設(shè)置 SM0、 SM1 的值分別為 0、 0 時(shí)，通用串行口工作在同步移位寄存器輸出模式。 PI 調(diào)節(jié)子程序流程圖如圖 所示。所謂增量式 PI 是對(duì)位置PI 取增量 .數(shù)字調(diào)節(jié)器的輸出只是增量值。由于加入了積分環(huán)節(jié)，系統(tǒng)不可避免的會(huì)存在滯后 特性， 積分作用太強(qiáng)則會(huì)使超調(diào)過大，使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能變壞，以至于引起閉環(huán)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分控制能記憶系統(tǒng)的誤差并進(jìn)行誤差累積，從而最終消除系統(tǒng)靜差。 Kp 越大，系統(tǒng)響應(yīng)速度越快， 系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但易產(chǎn)生超調(diào)，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定； Kp 取值過小，則會(huì)降低調(diào)節(jié)精度，使響應(yīng)速度緩慢，從而延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間，使系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)特性變壞。簡(jiǎn)單說來， PID 控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下 ： (1) 比例環(huán)節(jié) :成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào) e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用以減小偏差，使被控對(duì)象的輸出朝著誤差減小的方向變化。一般調(diào)速的方式通常采用 PID 控制的方法。 圖 測(cè)速及換相流程圖 測(cè)速程序開始 T2 記滿溢出 保存捕獲時(shí)間 計(jì)算開通角 初始化 T0、開 T0 初始化 T2 測(cè)速程序結(jié)束 否 是 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 33 頁(yè) 共 48 頁(yè) 調(diào)速模塊設(shè)計(jì) 系統(tǒng)控制的最終目的是實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速能達(dá)到期望的轉(zhuǎn)速。 本文利用了定時(shí)器 T2 的捕獲模式，即捕獲了電機(jī)需要換相的時(shí)刻，又捕獲了兩次換相的時(shí)間間隔，間接得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 CP/RT2=0 時(shí)，選擇重裝載方式，這時(shí)若 T2 溢出（ EXEN2=0 時(shí)）或者 T2EX 引腳 （ ）出現(xiàn)負(fù)跳變（ EXEN2=1 時(shí)），將會(huì)引起 T2 重裝載； CP/RT2=1 時(shí)，選擇捕獲方式，這時(shí)若 T2EX 引腳（ ）出現(xiàn)負(fù)跳變（ EXEN2=1 時(shí)），將會(huì)引起 T2 捕獲操作。只能通過軟件的置位或清除；C/T2=0：選擇 T2 為定時(shí)器方式； C/T2=1：選擇 T2 為計(jì)數(shù)器方式，下降沿觸發(fā)。 EXEN2： T2 的外部允許標(biāo)志，只能通過軟件的置位或清除； EXEN2=0：禁止外部時(shí)鐘觸發(fā) T2； EXEN2=1： 當(dāng) T2 未用作串行波特率發(fā)生器時(shí)，允許外部主控程序開始 讀取 AD 轉(zhuǎn)換值 PI 算法程序 占空 比限幅 速度顯示 主控程序結(jié)束 是否停止 是 否 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 32 頁(yè) 共 48 頁(yè) 時(shí)鐘觸發(fā) T2，當(dāng) T2EX 引腳輸入一個(gè)負(fù)跳變的時(shí)候，將引起 T2 的捕獲或重裝，并置位 EXF2，申請(qǐng)中斷。 EXF2：當(dāng) EXEN2=1 時(shí)，且 T2EX 引腳（ ）出現(xiàn)負(fù)跳變而造成 T2 的捕獲或重裝的時(shí)候， EXF2 置位并申請(qǐng)中斷。 T2 的控制寄存器 區(qū)別于定時(shí)器 T0 和 T1，在定義是需單獨(dú)定義，其 功能描述如下： T2CON（ T2 的控制寄存器） ,字節(jié)地址 0C8H： 符 號(hào) ： TF2 EXF2 RCLK TCLK EXEN2 TR2 C/T2 CP/RT2 TF2：定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 溢出標(biāo)志， T2 溢出時(shí)置位，并申請(qǐng)中斷。 主控 程序流程圖如圖 所示。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。啟動(dòng)程序如圖72 所示。 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 29 頁(yè) 共 48 頁(yè) 圖 主程序流程圖 啟動(dòng)程序設(shè)計(jì) 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關(guān)器件的損壞。軟起動(dòng)之后，系統(tǒng)調(diào)用正 常運(yùn)行子程序，進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)起動(dòng)后首先調(diào)用初始化子程序，完成諸如具有復(fù)用功能的 I/O 腳的選擇和設(shè)置、各種中斷功能的選擇及其設(shè)置、系統(tǒng)變量的初始化，最后完成開中斷。中斷處理程序?yàn)?:定時(shí)器 T0 周期中斷服務(wù)程序、定時(shí)器T1 周期中斷服務(wù)程序、 INT1 過流中斷處理程序。 軟件的模塊程序大體分為 :主程序 和 中斷處理程序。速度反饋信號(hào)取自位置傳感器輸出的轉(zhuǎn)子位置信號(hào) 頻率 ， 與 被給定速度相減后作為速度環(huán) PI 調(diào)節(jié)器的輸入，而速度調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào) 經(jīng)換算成占空比的變化 ， 即 控制 PWM 信號(hào)的脈寬。 74LS164 與數(shù)碼管的連接如圖 所示。將 74LS164 的 A、 B 端與 RXD 相連， CLK 與 TXD 相連 MR 接高電平，在滿足條件時(shí)數(shù)據(jù)就傳送到 74LS164 并寄存。當(dāng) A、 B 有一個(gè)為高電平，則另一個(gè)就允許輸入數(shù)據(jù)， 并在 CLOCK 上升沿作用下決定 Q0 的狀態(tài)。串行數(shù)據(jù)輸入端（ A， B）可控制數(shù)據(jù)。 圖 74LS164 芯片 DIP 引腳圖 AT 89C51 T2EX（ ） 信號(hào) A 信號(hào) B 信號(hào) C =1 =1 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 26 頁(yè) 共 48 頁(yè) CLOCK 時(shí)鐘輸入端， CLEAR 同步清除輸入端（低電平有效）， A， B 串行數(shù)據(jù)輸入端， QA－ QH 輸出端。速度顯示利用 74LS164 芯片擴(kuò)張 8 位 LED 串行顯示接口電路。 其邏輯關(guān)系如圖 。 信號(hào)邏輯處理電路 由于邏輯換相的需要，單片機(jī)需要一個(gè)換相時(shí)刻的信號(hào)。 其引腳分布如圖 所示。 本設(shè)計(jì)中要求采用 MOSFET，功率 MOSFET 屬于電壓控制型器件，工作頻率高、開關(guān)速度快，很適合作低壓、小功率 SR 電動(dòng)機(jī)功率變換器的主開關(guān)器件。這些器件的性能各不相同，適用場(chǎng)合也不盡相同。因此主開關(guān)器件的選擇至關(guān)重要。 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 23 頁(yè) 共 48 頁(yè) 圖 分裂式功率驅(qū)動(dòng)電路 在目前的各種整流電路中，應(yīng)用最為廣泛的是三相橋式全控整流電路，而本設(shè)計(jì)的要求即為采用三相橋式全控電路，其原理圖如下圖所示，其中陰極連接在一起的三個(gè)晶閘管稱為共陰極組；陽極連接在一起的三個(gè)晶閘管稱為用陽極。每個(gè)主開關(guān)器件和續(xù)流二極管的額定電壓為 Us+△ U(△ U 系因換相引起的任一瞬變電壓 )，而加到通電電動(dòng)機(jī)兩端的電源電壓僅為 Us/2(這樣與不對(duì)稱橋式電路相比，繞組就應(yīng)通以兩倍的電流 )，因此電容量和電源電壓的定額將顯著增加。當(dāng) SB導(dǎo)通時(shí)， B 相 Cs 向繞組供電； SB 斷開時(shí)，繞組經(jīng) VD 續(xù)流向 C 相 Cs 充電，依次向 D 相充電。 另一種分裂式驅(qū)動(dòng)電路如圖 ，電源 Us 被兩個(gè)相等的電容 Cs 一分為二，各相主開關(guān)器 件和續(xù)流二極管依次上下交替排布。這種接線，除了電動(dòng)機(jī)繞組與每相開關(guān)串聯(lián)，不存在上下橋臂直通的故障隱患外，它頗像三相異步電動(dòng)機(jī) PWM 逆變器電路。當(dāng) V1， V2 同時(shí)關(guān)斷時(shí)， A 相繞組產(chǎn)生的反向電壓回流，則 VD1, VD2 正向?qū)ǎ?Is 通過 VD1, VD2 以及儲(chǔ)能電容 Cs 續(xù)流， Cs 將吸收 A 相繞組部分磁場(chǎng)能量。其中上下兩只主開關(guān)管是同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷的。 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 如圖 所示為采用不對(duì)稱半橋線路式的三相 SR 電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)主電路。若 UAC 大于 Uref， 則 IAC為 0； 當(dāng)相反時(shí)，則為 1 圖 電流斬波和過流保護(hù)電路 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 20 頁(yè) 共 48 頁(yè) 圖 過電壓檢測(cè)的電路圖 圖 欠電壓保護(hù)的電路圖 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 21 頁(yè) 共 48 頁(yè) 5 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 功率驅(qū)動(dòng)器是 SR 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)所需能量的供給者，在整個(gè) SRD 成本中功率驅(qū)動(dòng)器占有很大比重，合理選擇和設(shè)計(jì)功率變換器是保證 SRD 系統(tǒng)具有較高選取對(duì) SR 電機(jī)的設(shè)計(jì)也直接產(chǎn)生影響，應(yīng)根據(jù)具體性能，使用場(chǎng)所等方面綜合考慮，找出最佳組合方案， 性能優(yōu)良的功率 驅(qū)動(dòng)器應(yīng)具有以下特點(diǎn)： （ 1） 最少的開關(guān)元件數(shù)； （ 2） 保證電源電壓全部施加于相繞組； （ 3） 開關(guān)元件的額定值接近于電動(dòng)機(jī)額定電壓； （ 4） 開關(guān)的調(diào)制可有效地控制繞組電流的通斷； （ 5） 具備使繞組電流迅速上升的能力。電流斬波控制電路采用滯環(huán)比較器。 圖 ADC0832 引腳圖 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 19 頁(yè) 共 48 頁(yè) 保護(hù)電路設(shè)計(jì) 在開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)中， 不同的速度范圍內(nèi)，電流斬波和過流保護(hù)電路完成不同的功能。在第 3 個(gè)脈沖下沉之前 DI 端應(yīng)輸入 2 位數(shù)據(jù)用于選擇 通道功能。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端 CLK 輸入時(shí)鐘脈沖， DO/DI 端則使用 DI 端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。當(dāng) ADC0832 未工作時(shí)其 CS 輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用， CLK 和 DO/DI 的電平可任意。 ADC0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為 4條數(shù)據(jù)線，分別是 CS、 CLK、 DO、 DI。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在 0~5V 之間。本設(shè)計(jì)考慮到單片機(jī) I/O 口線緊張的情況，決定采用一個(gè)串行的AD 來完成模數(shù)轉(zhuǎn)換的任務(wù)。當(dāng)原邊導(dǎo)線經(jīng)過電流傳感器時(shí)，原邊電流 pI 會(huì)產(chǎn)生磁力線，原邊磁力線集中在磁芯氣隙周圍，內(nèi)置在磁芯氣隙中的霍爾電片可產(chǎn)生和原邊磁力線成正比的，大小僅為幾毫伏的感應(yīng)電壓，通過后續(xù)電子電路可把這個(gè)微小的信號(hào)轉(zhuǎn)變成副邊電流 sI ，并存在以下關(guān)系式： 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 18 頁(yè) 共 48 頁(yè) ppss NINI ? 因此，測(cè)得 sI 數(shù)值就能間接反映出被測(cè)電流 pI 的大小。其工作原理如圖 所示。直接檢測(cè)式霍爾電流傳感器的主要不足是當(dāng)被檢測(cè)電流過大時(shí)，為不使磁路飽和，保證測(cè)量的線性度 ，必須相應(yīng)增大鐵心的截面積，這就造成檢測(cè)裝置的體積過大。但霍爾電壓 HU 一般只有幾十毫伏，應(yīng)而后面必須加放大器。 霍爾元件（ HL）檢測(cè)電流的工作原理可用圖 來說明?；魻栯娏鱾鞲衅魇菄?guó)際上電子線路中普遍采樣的電流檢測(cè)元件。 鑒于 SR 電動(dòng)機(jī)功率變換器中，輸出的相電流是單向脈動(dòng)的，可用以下幾種方法檢測(cè)電流，即 （ 1） 電阻采樣； （ 2） 直流電流互感器 采樣 ； （ 3） 霍爾元件采樣； （ 4） 磁敏電阻采 樣 。單相、脈動(dòng)以及波形隨運(yùn)行方式和運(yùn)行條件變化很大是開關(guān)磁阻電機(jī)相電流的基本特點(diǎn)。 原理圖如圖