【正文】 角為： τr=步距角為： 每轉(zhuǎn)步數(shù)為：轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，定子m相繞組需要輪流通電Nr次，故可得SR電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n與每相定子繞組的通電頻率f 的關(guān)系為： n= 功率變換器的開關(guān)頻率為： 本次設(shè)計(jì)采用光敏式檢測(cè)器，它由光電耦合開關(guān)和遮光盤組成，將光電開關(guān)固定在定子上，遮光盤固定在定子上，它的齒、槽與轉(zhuǎn)子的凸極、凹槽數(shù)相等，且齒、槽均勻分布，這樣，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步進(jìn)角，位置檢測(cè)器的輸出信號(hào)就與此對(duì)應(yīng)變化一次，在一個(gè)轉(zhuǎn)子極距角τr內(nèi)，位置信號(hào)變化m次，當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)極距角τr后，位置信號(hào)會(huì)回到起始狀態(tài)，并且位置信號(hào)按此規(guī)律循環(huán)反復(fù)。位置檢測(cè)控制就是通過(guò)確定定子和轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置，然后將所測(cè)得的位置信號(hào)反饋至邏輯控制電路，進(jìn)而通過(guò)計(jì)算對(duì)相應(yīng)繞組的通斷和轉(zhuǎn)速高低進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖易知速度給定單元之后還有一個(gè)80C196KC的軟件速度PI調(diào)節(jié)器，且電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性和快速性是相互制約的，故硬件積分器時(shí)間常數(shù)不宜選太大，本次課題選擇時(shí)間常數(shù)為τ=1s，最終輸入到80C196KC芯片中間的A/D轉(zhuǎn)換通道的電壓為0——5V，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為0——2000rpm。系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)單元構(gòu)成：（1）速度給定單元；（2）轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)單元；（3）數(shù)字速度PI調(diào)節(jié)器；（4）電流和電壓斬波控制器；（5）電流檢測(cè)環(huán)節(jié)；（6）綜合邏輯控制；（7）功率變換電路。采用轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而根據(jù)獲得的位置信息，將此信息通過(guò)80C196kc的HSI端口輸入進(jìn)單片機(jī)，進(jìn)行相關(guān)的位置參數(shù)計(jì)算和轉(zhuǎn)速計(jì)算，通過(guò)計(jì)算結(jié)果控制各相主開關(guān)器件的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)換相控制。采用APC控制方式，改變開通角θon和關(guān)斷角θoff，將主開關(guān)器件的導(dǎo)通區(qū)段設(shè)在相繞組電感的下降段即可產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩，完成制動(dòng)控制。電機(jī)一旋轉(zhuǎn)，位置檢測(cè)器信號(hào)就自動(dòng)追蹤相序形成相應(yīng)的相序控制信號(hào)，電機(jī)開始運(yùn)行。，每相繞組的通電區(qū)域由開通角θon和關(guān)斷角θoff所在區(qū)段來(lái)決定。相對(duì)于一相起動(dòng)方式，兩相起動(dòng)增大了電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，消除了起動(dòng)死區(qū)，同時(shí)兩相起動(dòng)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小，起動(dòng)所需的電流幅值也更低。[1] SR電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)有兩種起動(dòng)方式，即一相通電起動(dòng)和兩相通電起動(dòng)。 在SR電動(dòng)機(jī)控制方式實(shí)際運(yùn)用時(shí)，一般低速時(shí)采用CCC控制，高速時(shí)采用APC控制，在中速時(shí)采用CCC控制和APC控制方式結(jié)合來(lái)進(jìn)行控制。（3）串勵(lì)特性區(qū)。在第一臨界速度以上Ω第二臨界速度Ω2以下，為獲得恒功率特性，采用角度位置控制，即APC(Angular Position Control)控制，保持外施電壓不變，調(diào)節(jié)開通角θon和關(guān)斷角θoff，常采用固定關(guān)斷角θoff、改變開通角θon的控制方式。（2）恒功率區(qū)。本次設(shè)計(jì)采用電流上限和關(guān)斷時(shí)間給定的方法，即將相電流i與給定電流Imax比較，當(dāng)iImax時(shí)，控制功率開關(guān)關(guān)斷一段時(shí)間，一個(gè)周期內(nèi)的關(guān)斷時(shí)間是恒定的。啟動(dòng)斬波模式在SR電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)采用，通常固定θon、θoff，導(dǎo)通角θop取一個(gè)較大的值，以便在得到大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的同時(shí)又能限制相電流峰值；定角度斬波模式常在電機(jī)啟動(dòng)后低速運(yùn)行時(shí)采用，θop不變但相對(duì)較小；變角度斬波模式通常在電機(jī)中速運(yùn)行是采用。CCC控制的方法是固定開通角θon、關(guān)斷角θoff，通過(guò)斬波控制外施電壓。對(duì)于給定的SR電動(dòng)機(jī)，它在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)能達(dá)到的最大轉(zhuǎn)速為Ω1，此時(shí)，SR電動(dòng)機(jī)的功率也是最大的，Ω1稱為第一臨界轉(zhuǎn)速。但在轉(zhuǎn)速較低時(shí)，電流。在電感曲線上升的階段，繞組電流產(chǎn)生正向轉(zhuǎn)矩；在電感曲線下降的階段，繞組電流產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這也是關(guān)斷角的選取需要顧及的地方，一般取電感上升區(qū)域的中間位置。 電磁轉(zhuǎn)矩電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也是分段的，假定電機(jī)的磁路不飽和，根據(jù)電感的分段解析式可得電磁轉(zhuǎn)矩的解析式分列如下：θu≤θ＜θ2時(shí)，Te=0； θ2≤θ＜θ3時(shí)，Te =1/2Ki2； θ3≤θ＜θ4時(shí)，Te =0；θ4≤θ＜θ5時(shí)，Te =1/2Ki2。當(dāng)θon減小時(shí)，電流峰值和電流波形的波寬將增大；主開關(guān)關(guān)斷角θoff對(duì)電流波形寬度有影響，θoff增大時(shí)，電流波形變寬，但它對(duì)電流峰值沒影響；此外，電流大小與直流供電電壓成正比，與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成反比，啟動(dòng)時(shí)常采用電流斬波控制進(jìn)行限流。在電壓和轉(zhuǎn)速恒定的時(shí)，電流波形與開通角θon、關(guān)斷角θoff、最小電感Lmin、最大電感Lmax以及定子極弧βs有關(guān)。（3）在θoff≤θ＜θ3區(qū)域內(nèi)，主開關(guān)元件關(guān)斷，繞組進(jìn)入續(xù)流期。 θonθ2Lmin/k時(shí)，di/dθ0，則電流將繼續(xù)上升。 ......................................... (29)這樣，就可得出SR電動(dòng)機(jī)理想線性模型下磁鏈隨轉(zhuǎn)子位置角的變化曲線如下圖22所示：ΨΨmaxOθonθoff2θoffθonθoffθonθoffθonθ 圖22 將式26改寫成如下形式： .................... (210) 在轉(zhuǎn)速、電壓一定時(shí)，繞組的電流只與轉(zhuǎn)子位置角和初始條件有關(guān)，下面分段進(jìn)行研究分析：在θu≤θ＜θ2時(shí)，L=Lmin，初始條件為i（θon）=0,解得： ............ (211) 此段區(qū)域內(nèi)，電感恒為，電流直線上升。 在開關(guān)合閘瞬間，此時(shí)，Ψ0=0；θ=θon，θon為定子繞組電源接通時(shí)轉(zhuǎn)子與定子的相對(duì)位置角，即為開通角，則由式26可知通電段的磁鏈表達(dá)式為：................................................. (27) 當(dāng)θ=θoff時(shí)，電源關(guān)斷，θoff為關(guān)斷角，此時(shí)磁鏈達(dá)到最大值： ................. (28)上式中，θop=θoffθon,表示一相繞組的開通角。Us = iR+在上式中，+、分別對(duì)應(yīng)于繞組通電期與電源關(guān)斷后繞組的續(xù)流期。βs為定子磁極極弧。 在圖21中，θu為定子和轉(zhuǎn)子不對(duì)齊的位置；θ2為轉(zhuǎn)子凸極剛開始與定子磁極發(fā)生重疊的位置；θ3為轉(zhuǎn)子凸極與定子磁極的臨界重疊位置；θa位置的電感最大；θ4為轉(zhuǎn)子凸極剛要與定子磁極脫離完全重疊的位置；θ5轉(zhuǎn)子凸極剛好與定子磁極完全脫離。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)半個(gè)極距角（π/Nr）時(shí)，定子的磁極軸線與轉(zhuǎn)子的凸極中心對(duì)齊，此時(shí)相電感達(dá)到最大值，為L(zhǎng)max。 滿足以上假設(shè)條件的電機(jī)模型就是理想的線性模型，電機(jī)相繞組電感L隨著轉(zhuǎn)子的位置角呈周期變化，如下圖21所示：LmaxL（θ）LminOθuθ2θ3θaθ4θ5 圖21相繞組電感曲線 如上圖21中所示，以定子極軸線和轉(zhuǎn)子凹槽中心重合的位置為基準(zhǔn)點(diǎn)，即坐標(biāo)原點(diǎn)，以轉(zhuǎn)子位置角為橫坐標(biāo)。由上節(jié)易知，SR電機(jī)的非線性模型的計(jì)算是非常困難的，本次設(shè)計(jì)需要我們掌握SR電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的基本電磁關(guān)系及基本特性，不需復(fù)雜的精確計(jì)算，故我們可對(duì)理想的線性模型進(jìn)行研究。SR電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可由下式求得： ......................... (25)在上式中，表示繞組的磁共能。第一項(xiàng)是電阻壓降；第二項(xiàng)是電流變化而感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)，又稱變壓器電動(dòng)勢(shì)；第三部分是轉(zhuǎn)子位置改變引起的磁鏈變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)。據(jù)此，可得到各種基本方程如下：據(jù)基本的電路定律可知，SR電機(jī)某相（k相）的電壓平衡方程： uk = Rkik+ ...........................（21）在此式中：uk———— 第k相繞組端電壓； Rk———— 第k相繞組電阻； ik————第k相繞組電流； ———— 第k相繞組的磁鏈。因此，我們?cè)谶@里采用線性模型，雖然精度較低，但亦可清楚的表示出電機(jī)的基本特性與各種參量之間的關(guān)系，可作為探討控制方法的依據(jù) 。常見的求解方法有線性模型、準(zhǔn)線性模型、和非線性模型。第2章 SR電機(jī)的數(shù)學(xué)建模及控制策略分析 SR電機(jī)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但由于定子采用雙凸極結(jié)構(gòu)，繞組電流是非線性的，此外，由于磁路的飽和、渦流和磁滯效應(yīng)皆會(huì)產(chǎn)生非線性，這樣，就造成定子繞組的磁通、電流波形不規(guī)則，難以用傳統(tǒng)的分析方法進(jìn)行分析計(jì)算。因此，研究出實(shí)用性強(qiáng)、性價(jià)比高、動(dòng)態(tài)性能好和抗干擾能力強(qiáng)的SRD系統(tǒng)對(duì)社會(huì)發(fā)展具有重要意義。于是，將磁阻電機(jī)與電子器件相結(jié)合的開關(guān)磁阻電機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。[3][17] 隨著社會(huì)的快速發(fā)展，電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位，它的使用滲透到了社會(huì)各行各業(yè)。（3）綜合智能應(yīng)用。此外高速、重載時(shí)振動(dòng)和噪聲也較大。（2）振動(dòng)和噪聲的控制。位置檢測(cè)器是SR電機(jī)的必備元件，但是它的使用使得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的SR電機(jī)變得復(fù)雜，降低了運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性，因而探索實(shí)用的無(wú)位置傳感器的檢測(cè)方案是當(dāng)前備受注目的課題。本次設(shè)計(jì)的主電路采用IGBT為主開關(guān)元件。而對(duì)高壓、大功率的SR電動(dòng)機(jī)，可選擇MCT做主開關(guān)元件。MOSFET相對(duì)工作頻率更高，開關(guān)速度較快，適合小功率、低壓的SR電動(dòng)機(jī)的功率變換器的開關(guān)器件。但是SCR沒有自關(guān)斷功能，這使得強(qiáng)迫關(guān)斷的電路控制復(fù)雜且開關(guān)速度較慢，此外成本也較高，顯然，這樣的功率變換器控制性能是不理想的。SRD系統(tǒng)的發(fā)展是建立在電力電子技術(shù)和微控技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上的。[1][7] 我國(guó)從20世紀(jì)80年代初開始進(jìn)行SRD的研究，經(jīng)過(guò)十幾年的努力，許多高等學(xué)校和科研院、所在SRD研制、開發(fā)領(lǐng)域辛勤耕耘，起步雖然較晚，但在借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)展速度很快，目前已經(jīng)研制出多種性能優(yōu)良的調(diào)速系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于煤礦的采煤機(jī)、地鐵汽車牽引、龍門刨床、抽絲機(jī)、高檔洗衣機(jī)等，解決了許多傳統(tǒng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)難以解決的技術(shù)難題。其中比較典型的有英國(guó)SRDLtd公司推出的第二代SR電機(jī)，其功率和轉(zhuǎn)速范圍相對(duì)于TASC的Oulton系列產(chǎn)品有了顯著的提高。1983年英國(guó)的TASC公司推出第一代通用的SR電機(jī)調(diào)速產(chǎn)品，此后，國(guó)外電氣傳動(dòng)領(lǐng)域紛紛推出了其商品化的磁阻電機(jī)產(chǎn)品。這些優(yōu)勢(shì)為SR電機(jī)的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。從1967年起，英國(guó)Leeds大學(xué)開始了對(duì)SR電機(jī)的深入研究。[3]SR電機(jī)的淵源可以19世紀(jì)40年代，當(dāng)時(shí)有科學(xué)家利用兩個(gè)U型電磁鐵制造了電動(dòng)車，由蓄電池供電，但受限于當(dāng)時(shí)的機(jī)械開關(guān)控制性能較差，電動(dòng)機(jī)的性能不高。SR電機(jī)的功率范圍很廣，能從幾瓦到數(shù)兆瓦，而且能適用與頻繁起停和正反轉(zhuǎn)速運(yùn)行的機(jī)械系統(tǒng)，在各種惡劣環(huán)境下的可靠性都很高，在電動(dòng)車、航空工業(yè)以及一些精密的伺服系統(tǒng)中都得到了廣泛的應(yīng)用。此外，簡(jiǎn)單可靠的功率電路的使用，避免了直通短路現(xiàn)象，這樣可以簡(jiǎn)化功率電路的保護(hù)電路，減低成本的同時(shí)，極大的提高了整個(gè)SRD系統(tǒng)的可靠性，降低了運(yùn)行維護(hù)所需的人力物力，提高了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。（3）效率高，工作可靠。SR電機(jī)各相之間無(wú)互感，而且每相電流的導(dǎo)通、關(guān)斷和電流大小皆可獨(dú)立控制，這讓其性能與直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)相近，可以在四象限運(yùn)行，能實(shí)現(xiàn)特定要求的調(diào)速控制。（2）可控參量多，調(diào)速性能較好。此外，與同樣性能的其他一些交流調(diào)速系統(tǒng)相比，SR電動(dòng)機(jī)功率變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單，開關(guān)元器件的數(shù)目較少，每相可以僅使用一個(gè)，這極大地減少了功率變換器的成本。[1]開關(guān)磁阻電機(jī)在結(jié)構(gòu)和控制原理上面的特點(diǎn)使得其與其它種類的傳統(tǒng)電機(jī)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。反之，若按CABC...給定子通電，則電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。使轉(zhuǎn)子13極軸線最終與定子AA’極軸線對(duì)齊，這樣，一個(gè)周期內(nèi)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)90176。結(jié)合圖11，當(dāng)C相通電時(shí)，由磁阻最小原理可知，磁力線扭曲產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩將帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子13極軸線與定子的CC’極軸線對(duì)齊；接著，C相斷電，B相通電，使轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)30176。圖11 三相6/4極電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖SR電動(dòng)機(jī)的基本工作原理是磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合——“磁阻最小原理”。SR電動(dòng)機(jī)為雙凸極結(jié)構(gòu)，定子與轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊壓而成，定子徑向相對(duì)的繞組可并聯(lián)或串聯(lián)成一相。[1] SR電機(jī)與SR電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)（SRD）是上世紀(jì)八十年代新型調(diào)速系統(tǒng)，通過(guò)與日趨先進(jìn)的電力電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合，具有許多顯著的優(yōu)點(diǎn)，在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的交、直流調(diào)速系統(tǒng)相比，開關(guān)磁阻電機(jī)既保留了感應(yīng)電機(jī)的絕大部分優(yōu)點(diǎn)，而且具有控制器簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠性高、控制靈活方便和價(jià)格便宜等突出特點(diǎn)。 Position sensor。 SRD。.of hardware and system control software design.And recently, with the the rapid development of power electronics technology and puter technology, switched reluctance motor drive systems being more advanced, Has been successfully applied to the electric car, the aviation industry, household appliances and mechanical drive system and bee a new force in the field of electric drive.關(guān)鍵詞: 開關(guān)磁阻電機(jī)；開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；控制系統(tǒng)；位置傳感器；80C196KCABSTRACTSwitched reluctance m