开关磁阻电机软特性的软件设计毕业论文.doc

目录1绪论.12设计要求.13系统结构及特点.13.1SRD的组成及工作原理.13.2SRD主要技术特点.34开关磁阻电机软特性的实现原理.44.1开关磁阻电机软特性分析.44.2开关磁阻电机软特性实现原理.44.2.1转矩的计算.44.2.2开关磁阻电机软特性调速系统控制策略.65开关磁阻电机软特性的软件设计.75.1软件设计概述.75.2主程序设计.85.3软特性的实现.95.4PI调节器的设计.105.5子程序设计.125.6可视化控制软件PCmaster.155.6.1监控界面.165.6.2监测功能.166结束语.17致谢.18参考文献.19附录程序清单.2011绪论开关磁阻电机（SwitchedReluctanceMotor，简称SR电机）结构简单、坚固，可靠性高，效率高，在一些要求高精度的电力拖动设备的控制系统中具有很多的优势。开关磁阻电机及其调速控制系统（SwitchedReluctanceDrive，简称SRD）是位置、速度和电流三闭环控制系统，是典型的机电一体化产品，有着广泛的应用前景。近几年来开关磁阻电机在许多电力传动领域得到了广泛的应用，比如在城市电动汽车、矿山井下电动机车、油田抽油机、家电领域上都可以与直流调速电机和变频调速电机一较长短。随着电力电子技术和控制技术的发展，开关磁阻电机及其调速控制系统将有更广泛的发展和应用前景。目前在许多生产机械中，比如，电动汽车、游梁抽油机、电动钻机等需要具有软特性的电机驱动，即直流电动机的串励特性。而开关磁阻电机具有起动电流小、控制灵活等优点，因此研究开关磁阻电机软特性调速系统具有十分重要的意义。开关磁阻电机软特性调速系统的研究，将拓宽开关磁阻电机的研究和应用领域，并且对推动我国电气传动领域的发展也具有十分重要的现实意义。2设计要求本课题设计的开关磁阻电机软特性调速系统，其主要功能有：正反转、大范围内平滑调速；软特性参数的在线调整；软、硬特性运行方式的选择，并具有各种保护功能。具体研究内容如下：学习DSP56F803的使用，设计以该芯片为核心的SR电机软特性调速系统,实现软特性曲线给定及调速、电机正反转，转速、电流的显示功能。,研究开关磁阻电机的转矩与电流之间的关系，实现一种较为简便、快速、实用的计算转矩的方法。开关磁阻电机软特性调速系统的软件设计，使系统能够实现电机起动，软特性调速和保护功能。并利用PCmaster的可视化控制软件。能够在上位机上实现对系统的实时监控功能。3系统结构及特点3.1SRD的组成及工作原理SRD主要由SR电机、功率变换器、控制器和位置检测器四部分组成，如图1所示1。SR电机是SRD系统中实现机电能量转换的部件，也是SRD系统有别于其他电机驱动系统的主要标志，它的结构和工作原理与传统的交直流电动机有着根2本的区别。它遵循“磁阻最小原理”磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合，产生磁拉力形成转矩。因此，它的结构原则是转子旋转时磁路的磁阻要有尽可能大的变化。所以SR电机采用凸极定子和凸极转子的双凸极结构，并且定转子极数不同。图1SRD基本构成图2SR电机工作原理图2表示三相SR（12/8极）电机的横截面和一相电路的原理示意图。S1、S2是电子开关，D1、D2是二极管，E是直流电源。当定子A相磁极轴线OA与转子磁极轴线Oa不重合时，开关S1、S2合上，A相绕组通电，电动机内建立起以OA为轴线的径向磁场，磁通通过定子轭、定子极、气隙、转子极、转子轭等处闭合。通过气隙的磁力线是弯曲的，此时磁路的磁导小于定、转子磁极轴线重合时的磁导，因此，转子将受到气隙中弯曲磁力线的切向磁拉力产生的转矩的作用，使转子逆时针方向转动，转子磁极的轴线Oa向定子A相磁极轴线OA趋近。当OA和Oa轴线重合时，转子已达到平衡位置，即当A相定、转子极对极时，切向磁拉力消失，转子不再转动。此时打开A相开关S1、S2，合上B相开关，即在A相断电的同时B相通电，建立以B相定子磁极为轴线的磁场，电动机内磁场沿顺时针方向转过30°，转子在磁场磁拉力的作用下继续沿着逆时针方向转过15°。依此类推，定子绕组A-B-C三相轮流通电一次，转子逆时针转动了一个转子极距r（Nrr/2），对于三相12/8极开关磁阻电机，r=83600=45°，定子磁极产生的磁场轴线则顺时针移动了3×30°=90°空间角。可见，连续不断地按A-B-C-A的顺序分别给定子各相绕组通电，电动机内磁场轴线沿A-B-C-A的方向不断移动，转子沿A-C-B-A的方向逆时针旋转。如果按A-C-B-A的顺序给定子各相绕组轮流通电，则磁场沿着A-C-B-A的三相交流电功率变换器SRM外部给定微机控制器电流检测位置检测负载3方向转动，转子则沿着与之相反的A-B-C-A方向顺时针旋转。3.2SRD主要技术特点5从结构和运行原理上看，SR电机可以说是一种高速大步距的反应式步进电动机。两者的主要差别在于：步进电机作为一种信息传输、实现角位移精密传动的执行机构，它的转子轴运动服从电源的换相，而电源的换相通常是与转子位置无关的，属于转子位置开环控制；SR电机则不同，其定子供电电源的换相与转子位置直接有关，必须根据转子位置传感器提供的位置反馈信息来实现，属于转子位置的闭环控制。从运行状态上看，也可将SR电机调速系统视为无刷直流电机调速系统的发展，两系统中电机均运行在自同步状态。但无刷直流电机的转子有励磁，定子多相绕组由逆变器提供交流电源；SR电机的转子则为反应式，无须励磁，定子绕组由直流脉冲电源供电，仅由简单的开关即能实现，这使得电机结构和变换器结构都得到简化。SR电机调速系统具有如下基本特点。电机结构简单、适宜在恶劣条件下的可靠运行。SR电机的突出优点是转子上没有任何形式的绕组，亦无需采用永磁体构成转子磁极，因此最大速度不受限制，可达100000r/min，也无高温退磁之忧。定子线圈为集中绕组，端部短而牢固。所以电机易于冷却。适用于各种恶劣、高温甚至强振动环境。转矩方向与定子绕组电流方向无关，只需要单向的电流励磁，因此可以减少功率变换器的开关器件数，降低系统成本。另外，SR电机调速系统中每个功率开关器件均直接与绕组串联，根本上避免了直通短路现象。从而简化了控制保护单元的要求，既降低了成本，又具有高的可靠性。从控制结构上看，各相绕组相互独立工作，所以系统可以缺相运行，容错能力强，适宜在如航天飞机、电动汽车等特殊场合作为起动机或驱动系统使用。可控参数多，调速性能好。控制SR电机调速的主要参数有四个：开通角、关断角、相电流幅值和相绕组电压。可控参数多，意味着控制灵活方便。采用不同控制方法和参数值，不仅能使系统工作于最佳状态（如出力最大、效率最高等），而且可以实现各种不同的功能和特定的运行曲线，如使电机具有完全相同的四象限运行能力，并具有高起动转矩和串励电动机的负载曲线。在宽广的转速和功率范围内均具有高输出和高效率，适用于频繁起停及正反向转换运行。当然，SR电机调速系统也有其明显的缺点，即转矩脉动及噪声问题。这是由于SR电机固有的双凸极工作机理引起的。然而，经验表明，通过合理的设计电机结构以及采用先进的控制方法，再结合良好的加工工艺，转矩脉动和噪声完全可以控制到可以接受的水平之内。SRD良好的调速性能、宽广的调速范围、以较小的起动电流获得较大的起