开关磁阻电机控制系统控制策略的研究

01绪论11引言SRM作为一种新型调速系统，有交直流调速的好处。开关磁阻电机具有开关性、磁阻性两个基本特点，其特点和其它传统电机有所不同。本篇文章利用电动车作为开关磁阻电机的应用，设计电动车SRD，采用最佳的控制策略来提高SRD的稳定性和精确性，解决开关磁阻电机不足，从而使本论文的研究具有一定的现实意义。SRD的构成单元主要为以下五部分SRM、控制器、功率变换器、电流检测器、位置检测器。SRM与三相交流异步电机和永磁同步电机这两种电机相比较，其结构简单、成本低廉和调速范围广等好处受到全世界范围内研究人员的普遍关注。由于诸多行业均涉及开关磁阻电机应用，诸如电动车领域、相关工业领域等，故而，同此设备相关的研究，包括其驱动控制系统等显得格外重要与必要。本次研究主要围绕开关磁阻电机应用于电动车上的控制策略进行研究1。12开关磁阻电机控制系统的发展现状及研究方向121开关磁阻电机控制系统的国内外发展现状开关磁阻电机（SWITCHEDRELUCTANCEMOTOR，SRM）由电磁发动机发展而来，后者出现于19世纪40年代，在原理方面看，其同现今的SRM存在非常高的相似度。随着20世纪70年代后全控器件的发展，开关器件速度大幅提升，电力电子技术进入一个崭新的发展阶段。结构上最简单的电动机，又引起人们的研究兴趣。在1993年英国TASCDRIVES推出第一台商品化开关磁阻电机控制系统为0ULTON传动装置的产品投向市场。1988年后又推出了第二代产品。近十多年来，SRM在电气传动领域异军突起，倍受国内外学术界和工程界的重视2。从1980年起，国内诸多大学和研究机构开展了对SR电机的研究，在借鉴国外经验的基础上，国内的SR电机研究进展较快。通过对SR电机的控制系统、设计理论等技术的不断研究，我国已在国内外诸多会议和期刊发表了大量高水平论文1。然而，不管是在当前的SR电机理论研究，还是在实践应用方面，对比其他国家，我国依然存在明显滞后问题。122开关磁阻电机相关问题以及主要研究趋势经历了20多年来，但对于SR电机的研究时间仍十分短暂。而且，SR电1机技术涉及微电子技术、数字技术和电力电子技术等多门学科，所以该技术的研究相对而言存在一定难度。现今，在诸如方面均存在一定缺陷，诸如电机理论、电机性能以及结构设计等研究，理论与实践两层面均有所欠缺，需要展开更为深入的探讨。故而，在对SR电机设计理论加以持续完善的同时，还需要着眼于高效工程设计策略的建设工作。123开关磁阻电机具体优点与缺点说明具体优点如下（1）SRM结构简单，生产成本低，适用于高转速的环境下使用。开关磁阻电机与传统的直流电机和永磁电机不同，能够避免高转速情况下机械结构带来的不稳定，从而使得系统可靠性得到保证。同时，开关磁阻电机与感应电机坚固性相当且比感应电机更易于控制3。（2）驱动电路简单SRM在运行过程中，只需利用导通角和关断角便可改变其运行状态。同时，因为其驱动电路简单，所以若科学荀泽主电路拓扑结构，则能够有效防止各相桥臂的直通。（3）良好可控性此设备存在一定数量的控制参数（比如关断角，电压等），所以能够通过多种参数进行调配，可控性较高。（4）效率高开关磁阻电机仅有定子侧有铜耗，大部分损耗来自铁耗。在宽广的转速和功率范围内都具有高效率。开关磁阻电机的缺点如下（1）转矩密度较低。若场景需要配制较高的转矩密度，需要增多开关磁阻电机的齿轮来实现减速目的，此举会在很大程度上增高噪声。（2）较大的转矩脉动。（3）较高运行噪声。由于开关磁阻电机自身的转矩脉动较大，故而，其工作噪声本身就较高。（4）需要配置较多主电路开关设备4。13开关磁阻电机在电动汽车中的应用通过上述对开关磁阻电机具体优点与缺点的分析，能够明确，此设备可以于较低起动电力条件下输出较大的转矩且具有较宽的调速范围和效率区间。故而，在电动汽车行业，SRM具备很好的适用性。现今，在电动汽车领域，我国已经开始应用开关磁阻电机设备（比如2EQ6690EV电动客车）且通过了车厂测试。14本章小结本章先介绍了这个课题研究的目的，其次分析了SRD的发展现状及研究方向，再次深度研究开关磁阻电机在电动车上的应用，逐步地了解开关磁阻电机的特点，并分析接下来要做的任务。2开关磁阻电机控制系统简述如上文所述，构成SRD的基本结构单元为SRM、控制器、功率变换器、电流检测器以及位置控制器。本章主要针对该系统中各部分的主要结构以及运行原理展开较为具体的阐述。21开关磁阻电机的主要构造与运行原理211开关磁阻电机的基本结构和交直流电机不同，SRM的结构有其自身的特点。在开关磁阻电机中，存在多种相型结构且每种结构有其各自的优缺点。下面分别介绍单相和多相结构的优缺点。（1）单相开关磁阻电机单相开关磁阻电机用一个开关管和一个快恢复二极管就可以运行，这种结构成本最低。一般来说，单相开关磁阻电机功率较小，适用于简单动力的应用场景。在单相开关磁阻电机中，因为只有一相绕组且转矩脉动比较大，无法完成自启动，所以其主要缺点是需要借助其余辅助装置完成启动。（2）两相开关磁阻电机观察两相开关磁阻电机的模型，可知定子有两对定子极，转子只有一对转子极。该形式的两相开关磁阻电机在定、转子磁极中心线对齐与不对齐位置上都不具有自启动能力5。（3）三相和四相开关磁阻电机三相或者三相以上的开关磁阻电机自身都有正反方向自起动能力。和三相电机相比较，四相开关磁阻电机受欢迎，我国绝大部分产品都采用四相8/6极开关磁阻电机，这种电机的极数、相数都比较符合，而且转矩脉动也不是很大，经济性也比较好。（4）五相以上开关磁阻电机3使用五相或更多相数的SRM就是要得到平滑的电磁转矩，降低转矩波动，得到稳定的开环工作状态，但电机和控制器的成本和复杂性大大提高了。212开关磁阻电机的工作原理（1）电动运行原理以三相为例分析SRM的工作原理。当A相通电时，其绕组各磁极产生磁场并依据磁阻最小原则使得转子磁极A和定子A相磁极中心线对齐，从而产生磁拉力。同理，在B相、C相以及D相绕组相继连通电源后，SRM的转子则能够进行不间断转动5。具体的通电顺序影响着SRM运行方向。若按照ABCDA相绕组顺序导通，则开关磁阻电机正转运行。同理，若按照DCBAD顺序导通，则反转运行。（2）发电运行原理SRM发电运行原理还是按照磁路的磁阻最小原理，只不过跟电动运行原理有些差异。在SRM发电工作时，在转子转离极对极部位时开关磁阻电机通电，于转子上定子所形成的力同其运动方向相反。故而，阻力作用在一定程度上影响开关磁阻电机。22开关磁阻电机控制系统具体构成SRM与反应式步进电机控制流程基本类似。但是，就普通步进电机而言，仅需要借助位置实施开环控制，SRM则通常需要配备位置传感器，由其获得绕组供电时序。故而，对比SRM与步进电机，前者具备更高的复杂度，但是，前者不会出现失步问题6。构成SRD的五大单元为SRM、控制器、功率变换器、电流检测器以及位置检测器，如图21所示。其中，检测电路主要完成转速、位置、电流和电压等多种信号的检测。位置传感器主要完成电机转子位置信号的检测。控制器在获取对应信号后通过解析变换完成各种控制操作7。目前，DSP是开关磁阻电机控制系统的核心器件。其中，TMS320F2000是当今面向工业控制使用最广泛的DSP芯片。此芯片是于先前C2000系列基础上研发出的首类浮点型数字处理器,其依然采用先前的定点计算内核，同时还增设32位浮点运算内核,此改良在代码执行时间以及存储空间方面起到了良好的节约效果,同时精度与低耗方面表现更为突出8。23开关磁阻电机控制系统控制策略4现代科技快速发展，国内外学者对SRM控制策略进行了深入的研究和分析，于此同时有多种多样的新型控制策略（如角度位置控制策略、双闭环控制策略等）被应用于开关磁阻电机控制系统中且每种控制策略都有其优缺点。下面对几种传统的控制策略进行分析9。231角度位置控制（APC）APC指的是，在绕组电压既定情况下，借助对开通角以及关断角的ONOF调节，实现对相电流波形加以改变目的，从而实现转速闭环控制。此外，可通过调节开通角和关断角改变角度位置控制方式，即变开通角，变关断ONOFON角以及同时调节开通角及关断角。OFNOF因为APC具备较广的转矩调节区间，故而，能够借助此特性，实现最佳的效率控制以及转矩控制目的。此外，还可利用多相电机同时通电降低转矩脉动并提高电机输出转矩。若处于较低转速状态，则存在相对而言较低的旋转电动势以及非常高的电流峰值，故而，应当实施限流处理。由此可见，当场景为较高转速时通常会涉及角度位置控制应用10。232电流斩波控制（CCC）当电机工作在低速状态下，尤其是在刚启动时，其旋转电动势的压降很小，而相电流却上升很快，期间会产生过大的电流脉冲损坏功率开关器件及电机。为了消除该隐患，可通过限定电流峰值和电流斩波控制两种方式降低电流脉冲。电流斩波控制电流选择在每相特定导通位置，通常不会控制开通角和关断角。这种方式有很小的开关损耗，适用于转矩调节系统11。233电压斩波控制（CVC）CVC指的是，借助对占空比形式的调节，来改变绕组的电压均值，由此来间接调整相绕组电流水平，完成控制转矩以及转速工作。这种方式可用于高低速运行，这种控制方式的特点与CCC相反，但在低速运行时转矩脉动大。234双闭环控制本文利用SRM在电动车中的应用，设计SRD。学习SRM基本特性，分析比较APC、CCC、CVC三种控制方式的优缺点，最终设计了外环转速PI控制器、内环电流滞环比较控制器的双闭环控制策略，所提双闭环控制策略能够较好地实现开关磁阻电机的正反转运行并提高了SRD的稳定性和精确性12。524本章小结这一章内容先介绍了SRM的基本结构和工作原理，再分析了SRD各个部分的组成，然后对SRM的几种控制方式进行分析，比较各种方法的优缺点，最终确定本论文选用双闭环控制策略来提高SRD的精确性和稳定性。3开关磁阻电机控制系统的硬件及软件设计在硬件设计环节中，主要针对功率变换器、控制器、位置检测、电流检测传感器开始设计。其中，在设计控制器时，应重点关注的设计项目有故障处理电路、保护电路以及检测电路。在设计功率变换器时，应重点关注的设计项目有主电路、辅助电源与相关驱动电路13。31功率变换器器件型号选择与电路设计311开关磁阻电机功率变换器的拓扑说明（1）不对称半桥电路说明如图31所示，在此电路中通过利用两个开关器件实现了每相增多。在该电路中，要使某一相导通需要其绕组上对应的两个开关器件全部开通。以A相进行举例说明，在两相开关磁阻电机电路中，在A相导通条件下，开关管VT1与VT2均为导通状态，A相绕组得电。当实施换相操作环节，开关管VT1与VT2则均被切断，A相绕组则借助二极管VD1以及VD2实施续流。此时，在电流持续降低下，A相绕组内磁场随之慢慢减弱。不对称半桥式电路能够通过简单的开关控制实现各相之间的独立控制。然而，因为每相均需要两个开关器件才能实现独立控制，所以硬件开销较大。（2）H桥式主回路说SRM还能够采用开关器件最少的H桥主回路，但需要满足如下特殊要求在工作状态下应当确保两相导通；SRM各相所具电压仅是电源电压50。在一些方面，H桥式主回路控制虽然存在一些不足，诸如存在较多限制以及复杂度相对较高，但是因为该电路所需开关器件较少，所以仍可用于控制要求较低的场景13。312功率变换器主电路器件6图33中，、表示开关磁阻电机的三相绕组。表示电动汽车ABCBAT的蓄电池，C1为滤波电容且能够对直流母线两端的电压进行滤波。表16VT示绝缘栅双极型晶体管并用于功率的开关控制。表示快恢复二极管，16VD其主要作用是续流。半桥式主电路在避免上下桥臂直通的情况下还能够保证三相绕组之间相互独立。313功率变换器器件选型本文使用绝缘栅双极型晶体管（INSULATEDGATEBIPOLARTRANSISTOR，IGBT）作为功率变换器的开关器件。因为IGBT饱和压降低且驱动功率小，所以被广泛应用于多种开关电源和电机驱动器中。本设计中，采用直流母线电压为240V。为了满足功率要求，IGBT的额SU定电压为RU31因为本设计中功率变换器使用不对称半桥式主电路，所以当主电路开关器件呈导通状态，续流二极管启动反向截止。故而，应当设定续流二极管最低反向电压峰值为312伏。另外，能够借助所选SRM的功率以及电压等级，对其额定电流加以求解。32由于应用SRM的电动车在运转时（特别是处于爬坡状态时），需要具备过载运行功能，故而，应当确保电流裕度满足需求。过载倍数一般情况为15至2倍，在本次研究中，设定其2倍，那么，通过下述能够求解出所对应的开关管有效电流值33基于相关原理，可以设定续流二极管电流值为400A。314驱动电路设计在设计驱动电路时，需要关注以下两点（1）此电路可以借助对控制电路弱电信号功率的扩大，来实现控制IGBT开关管效果；（2）此电路可以有效隔离控制电路（属于弱电部分）和主电路（属于强电部分），由此防止当出现故障时主电路部分对控制电路产生破坏。若主电路出现损坏，通过有效隔离驱动电路措施能够避免对控制电路产生不利影响。除了能够对主控电路安全性加以保证，驱动电路还可以减少在硬件成本以及维护成本上的资金投入14。7在设计IGBT驱动时，本研究采用了高速光耦A316J。其为一类智能化、便捷化以及简单的IGBT驱动光耦，能够进行饱合压降检测操作。因为高速光耦A316J只能够驱动75A的IGBT，而本设计中则是采用电流达到400A的大功率IGBT，所以需要设计功率放大电路实施放大。在设计功率互补电路时，本研究应用到功放管MJE243以及MJE253，由此确保IGBT开关管运行正常。图34较为详细地展示出A316J的IGBT驱动电路情况。315辅助电源设计从客观上分析，就控制电路与驱动电路而言，器件如果存在差异，那么对电压的需求也存在差异。举例来说，在驱动电路中，一定要确保A316J输出为5V，但是，在IGBT功率互补电路驱动自身环节，均须保证7V的截止电压、15V的开通电压。同时，在控制电路中，若主控芯片确定为DSP，则一定要确保供电为33V，故而，应设定蓄电池输出电压为240V，由此借助辅助电源，实现电压等级的多样化存在，从而促使系统的每一个部件均能顺利启动15。开关磁阻电机运转中，必须选择六个开关器件，这就必须保证IGBTDCDC变换器为多路输出功率模式。具体而言，从电路结构方面而言，单端反激变换器并不复杂，能采取简单快捷的方式获得多路直流输出，所以说这种反激变换器非常适用在功率变换器上。除了上述一些优点之外，单端反激变换器还具备以下优势较好的转换效率（不会导致非常大损失）、较低变压器匝数比值，基于这些优势，单端反激变换器虽然存在较大输入电压变化，但是其在输出方面依然较为稳定16。总而言之，本文在设计辅助电源时，主要选择的是单端反激变换器。在本次研究中本文中，所应用的DCDC变换电路为UC3844型单端反激变换器如图35所示。32控制器321开关磁阻电机控制芯片介绍伴随着半导体技术的发展，微处理器技术逐渐推广到工业与航空领域，甚至在汽车行业也有所显著的发展，取得了瞩目的成就。目前，有各式各样的微处理器型号都可以应用于开关磁阻电机的驱动控制中，作为开关磁阻电机的主控芯片。一般来说，目前的控制芯片包含以下几个方面的种类（1）单片机8在电机控制方面，单片机的运用十分广泛，也是目前最基础的微型处理器，并在数字化集成方面有显著的作用，不仅显著减少了控制器的体积，减少了经济负担，而且操作简单，十分简便。再加上通过编程数字化的方法，这就更加提高了交流电机控制系统的调试效率，增强了运转效率。不过，伴随电机控制性能的不断发展，对这方面的要求也越来越多，针对选择脉宽调制方式的电机控制系统而言，如果想在开关周期期间保证计算量，单片机难以彻底全面的进行运算。所以，单片机仅适合性能较低的驱动控制系统中17。（2）数字信号处理器和ARM数字信号处理器与ARM的产生，有效的符合了交流调速系统的性能需求，而且也被频繁的运用到现代交流饲服系统中，正是由于其优越的运算能力以及充足的外设资源，使得电机控制系统效率更高。此外，几乎所有在电机控制方面应用DSP器件以及ARM芯片慢慢集成PWM发生器以及DA/AD等于一个芯片内，也就是说每个DSP能保证电机控制的所有控制功能18。（3）FPGA（现场可编程门阵列）在微电子技术以及计算机技术的不断发展下，FPGA逐渐运用到多方面中。从1990年起，电机控制领域即开始应用FPGA。此种电机控制芯片同ARM、MCU以及DSP等存在区别，其在电机控制系统中扮演了更加重要的作用，并且，用户还能简便快捷地进行芯片的设计与制造，实现所需求的芯片功能。同时，因为FPGA普遍是硬件执行，所以能开展快速的运算，尤其是复杂的运算问题，这就有利于提高计算机电机的智能化控制水平。目前，建立在FPGA基础上的电机控制系统还在不断研发的过程中，技术也十分保密19。322开关磁阻电机控制系统的传感器（1）位置检测传感器结合开关磁阻电机的相关原理，我们能了解到其在具体的运行过程中，必须保证开关磁阻电机的转子角位置能顺利启动，从而实现通电相序，这样就能达到有效的控制20。具体来说，开关磁阻电机的内部配置有若干光耦合器，转子齿同样需要配备遮光盘，由此得以实现光电式位置传感器的构建工作。若SRM的转子处于转动状态，那么可根据机械角度与空比的距离是百分之五十的方波，那就能发挥光耦合器的作用，形成方波信号，还能有助于了解开关磁阻电机转子和绕组的具体方位，从而增强对主控芯片信号的判断能力，还能保证各相的顺利通断。如果开关磁阻电机驱动控制系统必须转速闭环，那么就必须收集对应的转速信号。在大部分情况下，如果想要减少系统成本，那么能通过分析转速信息9的位置，从而计算传感器的信号状态，以下为运算公式（2）电流检测传感器SRM必须加强对各相绕组电流的监测，这就必须保证电流处于闭环的状况，还必须开展适度的过流保护，才能减少短路故障的发生概率。一旦出现了短路问题，易造成电机控制器形成超高电流，对SRM产生直接损害，以及导致相关电机控制系统无法正常运转。323检测电路的设计结合开关磁阻电机的工作原理我们能了解到，倘若必须促使开关磁阻电机的顺利启动，那就必须保证检测电路、传感器的正常启动，而且还要发挥直流母线电压检测电路、定子相电流检测电路、转子位置检测电路的作用。具体来说，需要做到以下方面的措施第一，利用位置传感器来收集开关磁阻电机的位置信号，这样就能保证各相导通的运转，从而促使开关磁阻电机的速度保持闭环控制水平。第二，借助电流传感器对三相电流实施监测，由此确保SRM电流闭环启动正常，此外，若SRM发生故障，同时可以对电流形成良好的维护环境。第三，为了保证控制系统电压信号的正常获得，还必须保证直流母线电压传感器检测母线电压，发挥其过压等功能21。本次研究应用SRM内部附含的光电式位置传感器，在电机工作时，可以产生两路相位差15占空比为50的方波信号，这些的上下触发根据组合的变化会产生3种各有差异的状态，并反映了开关磁阻电机转子与三相绕组的对应区域，同时还能利用DSP与ARM处理器有效的切断信号的组合控制。相电流检测使用霍尔电流传感器，霍尔传感器有测量精度高，响应速度快，也可以做到电气隔离。本文选择了LA55TP型霍尔传感器，这是因为该传感器具备较高的工作频率，而且还具备全封闭的性能，对机械环境的适应能力较佳，安全性较高，还具备杰出的电压隔离性能，对应的详细电流检测电路如图36所示33保护电路与故障电路设计在本次电压采样电路设计中，所选用的电压传感器为LEM（型号CHV25P），此电路具有正负15V输入供电，输出为电流信号。故而，一定要选择精密电阻形式才能够确保电压信号实现有效转变。由于电流传感器以及电压传感器监测的电压值与电流不仅有负值的情况，而且也包含正值，对应的峰值区间高于DSP处理器的AD采样输入阈值（一般为0至33V），所以必须开展有效的设计。图36反映的是电流采样调理电路，图37反映的是电压采样调理电路，凭借运算放大器LM393实现科学设置电流与电压这两类传感器目的，由此10确保所输出的电压信号值为正值，并利用运算放大器来促使信号值朝小方向发展，最终使信号稳定于0至33V这一区间内。出于确保SRM驱动控制系统的顺利启动，必须加强内部驱动控制器的维护，也就是说如果出现了故障短路情况，容易导致过电流或者过电压等危险现象，这就必须第一时间把全部的IGBT开关管进行切断，从而尽可能地降低硬件系统面临无法修复的几率。一般来说，这种保护不仅包含硬件保护，还包含软件保护。在正常环境下，施加于开关管的短路电流时间不得高于10US，但是，软件开关频率一般设定为10KHZ，如果单单凭借软件来处理故障信息，封锁IGBT，则无法实现保护效应。故而，就电机驱动控制系统而言，既要重视对硬件的保护，而且也必须加强对软件的保护，只有将二者有机结合，才能最大限度的提高系统的保护能力。具体来说，对应的过电流保护电路详见图37、图38、图39。由图37可知，在采样电流信号进行一定的处理，并借助运放开展调理，那么就能获得较为系统的电压范围。由图38可知，其反映的是一个窗口比较器。通过与CMP信号、CMP信号对比可知，如果再次调理的电流采样信号并不处于（CMP,CMP）的范围，那就意味着这个阶段的电路发生了过电流。故而，实际上图38所展示的为过电流故障信号输出电路。当这个故障信号输出的时候，对应的窗口必须选择LM393电压比较器。由前文可知，为了保证过电流的顺利进行，必须形成2个电压比较基准，这就需要发挥电阻的作用，把开关电源出现的5V电源有效的分压，这样就能增强硬件的调试性，同时可以确保滑动变阻器工作正常。如图310所示，由于主电路应用的为母线电压传感器，所以对应的数值应该为正，并不用评估负值的状况，所以这只用1个电压比较值。此比较值同时可以经由15V电源电压帮助，确保分压的顺利开展。相似于过电流保护电流，过电压保护电压同样应用LM393比较器，但是，在实际操作中，往往仅选择单端来开展比较。因为电压采样与电流采样都会和强电路保持紧密的联系，所以若想要促使系统的顺利进行，普遍必须把主电路的强电和控制电路的弱电有效的隔离，保持一定的距离。同时，因为DSP系统为33V电源系统，不管是信号故障状态，还是在信号保护状态，电源系统全部为5V，一定要应用电平转换，这样才能促使DSP芯片输入引脚处于良好的电压环境下，从而减少芯片的损害。本文选择的光耦对输出信号型号为6N137，尤其在实施隔离过程中，同时输出的故障信号满足系统电平标准设定。11若发生过电流以及过电压等故障信号，这就必须系统地处理过电流信号，尤其是必须谨慎地处理过电压状况，还要保证IGBT开关器件的导管得到有效的封锁，形成主电路的顺利进行。因为过电流信号与过电压信号有一定的几率为具有周期性的尖峰脉冲，所以，为了维护故障信号的持续性，这就必须封锁开关管，把过电流信号与过电压信号进行有效的处理，并借助74LS0触发器的作用，方便A316J信号的顺利输出。如果故障没有有效的解决，那么用户能对故障信号进行手动解决，保证信号处于清零的状态，这就能达到复位的目的。若发生故障信号，首先一定要断开A316J输出，保证IGBT开关管不再启动，而要促使A316J正常工作，这就只用1个复位信号即可。如果故障信号出现时，A316J将会遭到封锁，那么经过一定时间后，芯片就能达到复位的目的21。34软件设计结合前文硬件设计，能将其系统应用在SRD软件设计方面。在设计SRD时，本文结合STM32F103RBT6的原理来进行具体的设计。341STM32系列微处理器本设计采用STM32系列中的增强型系列，具体型号为STM32F103RBT6。具体的资源和功能内容为（1）全面的通信方式；（2）12位模数转换器两个，转换时间为1US，包含双采样功能；（3）单周期硬件乘法和除法。342开关磁阻电机控制系统软件设计本文所设计的开关磁阻电机基于STM32系列的ARM处理器。在具体的系统方面，凭借对开关磁阻电机的信号监测，那就能获得对应的运行转速，同时此转速还可以当做SRM转速闭环的反馈指标，同参考转速展开分析与对比，由此对转速换的误差值加以明确。借助电流传感器以及电路传感器，三相电流值可以把相应参数有效输送至STM32F103RBT6的ADC端口，如此即使采样周期一致，同样可以实现STM32F103RBT6的ADC采样功能，由此得到三相电流值。当系统连通上电源时，一定要确保控制器马上初始化，即一定对所有外设的输入与输出端口实施设立，同时通过GUI界面将SRD的及时情况展示出来。此外，如果需要对整车控制器输送来的用户指令加以收集，还一定要遵循指令12来运行相关的工作流程。如果没有指令自整车控制器输送至SRM，则表明SRD将进入待机状态22。就电动汽车SRD而言，软件设计如图314所示通过上图能够发现，利用SRD理论知识，我们能获得借助ARM微处理器的详细计算过程。35本章小结本章首先介绍了功率变换器器件选择与相关电路设计，这里边包括对功率变换器的拓扑介绍，功率变换器主电路器件选型，并基于ALTIUMDESIGNER软件设计了SRM驱动器和控制器硬件、辅助电源、检测电路以及保护电路的，完成了SRD的硬件设计。在设计完成硬件基础上，我又设计开关磁阻电机软件方面，这里边包含系统初始和主程序流程图，从而完成软硬件设计。4开关磁阻电机控制系统控制策略仿真设计41开关磁阻电机的双闭环调速系统仿真411MATLAB/SIMULINK软件系统仿真是最近几十年来发展起来的一门新学科，它涉及了多门领域的技术和学科的知识。MATLAB实际上为MATRIXLABORATORY（矩阵工厂）单词的简称，主要是一种建立在矩阵基础上的程序计算语言。MATLAB凭借着运算高速、运用方便、适合于广大科学技术人员的思维方式，还具有画图功能，使它成为广大科技工作者首选软件。MATLAB出现于1980年，自问世以来，历经升级，出现了多种版本，不断地改进发展技术，这反映了全世界最为卓越和现今计算软件水平23。相对其它数值计算或仿真软件，MATLAB具有如下优点（1）用户界面贴近于自然化语言，使学者更容易理解和接受；（2）应用工具箱比较广泛，运用到各行各业中。MATLAB也就是能脚本文件的编程，还能对应的开展系统框架的编程，发挥着非常关键的作用23。不但能够应用在微分方程计算方面，SIMULINK还能够在线仿真所有系统。SIMULINK的产生，有效的提高了用户的使用性能，还能通过模块化来打造形象生动的仿真环境，这样如果用户想要进行模型搭建的时候，能够简便、迅速地建模。所以，该方法正是由于卓越的性能，获得了世13界许多国家与行业的广泛认可，同时作为系统仿真软件，其应用率最高24。412SRM双闭环控制原理通过上述能够明确，就SRM双闭环驱动控制系统而言，如果明确了转速的具体数据，那么就能将其和实际转速对比分析，从而计算到对应的转速误差。根据转速闭环调节器的原理，转速误差也就是上图中的。如果收到了电流ASR指令，那么就能和监测的电流对比分析，从而获取电流误差，也就是在电流调节器环境下上图里的。同时，根据转子位置角的计算，就能获取控制三相ACR的开关信号，这就能借助功率变换器的作用，促使开关磁阻电机顺利的启动25。（1）转速调节器设计在该设计状况下，可以通过PID调节器来对调节器进行转速的控制与管理。PID调节器也就是所谓的积分、百分比、微分控制器，是目前应用最广也是最普通的控制方式之一，它的结构并不复杂，设计与操作也非常简便，还具有较好的调试规律、稳定性较高。虽然控制系统的模型并不明确，存在一定的模糊性，不过在相对环境下仍然处于稳定的状态，所以，具备较好的鲁棒性。同时，由于包含3个调节参数，所以现场调试十分简单快速。PID控制器主要是结合对应的参数值、参考转速，同客观输出加以分析与对比，由此对系统实际误差值进行求解。若对误差值实施放大、积分以及微分等方面的组合，则能够得到系统控制量最终值，控制率具体操作方式是41在该公式中，是控制量，是微分时间常数，是系统的误差量，是UDTEIT积分时间常数，是比例系数。PK具体来说，经由比例结合积分控制即可以掌握整个系统的控制情况，特别可以了解系统的无静差情况，然后基于微分控制理论，就能对系统产生较高的干扰抑制作用，不过这也将产生震荡与不稳定的状况。所以，在调速控制系统的时候，仅应该发挥PI控制器的作用，也就是发挥比例结合积分控制的关键作用。（2）电流调节器设计就具体设计而言，针对电流闭环控制，主要上通过滞环控制来进行处理。滞环控制的具体原理。那就是通过把实际电流和电流参考对比分析，如果误差比阈值上限要高，输出控制量处于一的数值，如果误差比阈值下线要低，输出控制量处于零的数值。该方法并不复杂，非常简便，能提高调试的效率，14不过如果采样时间与阈值数据出现了波动，那么计算效果也十分容易受到影响25。413基于SIMULINK的开关磁阻电机双闭环控制仿真模型（1）SRM模型通过图42能够发现，在仿真环节，需要应用SIMULINK本身的开关磁阻电机模型，这样有利于对参数进行快速的修改，提高仿真模型建立的效率。并且，还应该对应的提供转子位置角向量、摩擦阻力系数与定子电阻等方面的数据，才能针对性的进行参数分析26。（2）功率变换器模型开展仿真方案设计的时候，应该选择不对称半桥式主回路，所以各相绕组必须包括2个续流二极管与