基于单片机的6_4极开关磁阻电机调速系统设计-毕业论文开题报告

山东科技大学泰山科技学院山东科技大学泰山科技学院 本科毕业设计（论文）开题报告本科毕业设计（论文）开题报告 题 目基于单片机的 6/4 极开关磁阻电机调速 系统设计 系 部 名称机电工程系 专 业 班 级电气工程及其自动化（专本）112 学 生 姓 名苑玉芝 学号1142210243 指 导 教 师王进野 填表时间：2013年 3月18日 填表说明 1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之 一。 2.此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指 导教师签署意见、相关系主任审查后生效。 3.学生应按照学校统一设计的电子文档标准格式，用 A4 纸打印。 4.参考文献不少于 8 篇，其中应有适当的外文资料（一般不少于 2 篇） 。 5.开题报告作为毕业设计（论文）资料，与毕业设计（论文）一同存档。 设计（论文） 题目 基于单片机的 6/4 极开关磁阻电机调速系统设计 设计（论文） 类型（划“” ） 工程设计应用研究开发研究基础研究其它 一、 本课题的研究目的和意义 开关磁阻电机驱动系统(Switched Reluctance Drive, SRD 简称 SR 电动机)。是二十世纪八十年代迅 猛发展起来的一种新型驱动电机调速系统。它的结构及其坚固简单，调速范围宽，调速性能优异，而 且在整个调速范围内都具有较高的效率，系统可靠性高， （SRM）具有结构简单、坚固体积小、重量 轻、工作可靠、制造成本低廉等诸多优良特性，形成了与其他电动机竞争的潜在优势。人们对（SRM） 非线性本质认识的加深，以及转矩脉动抑制研究的进一步发展，必将促进加强人们对（SRM）在伺服 驱动系统中应用的研究。 为了加紧对 SR 电机调速系统的研究，一方面，从理论分析入手，对 SR 电机本体进行 优化设计；另一方面，优化控制策略，减小转矩脉动，降低噪声，使开关磁阻电机充分发 挥其优点， 在工业控制领域和家电行业得到更广泛的应用。 随着科学技术的不断进步以及 半导体集成技术水平的提高，SR 电机调速系统已在工业控制领域和家用电器行业得到应 用。如若能进一步提高开关磁阻电机的动态性能，仅从节能方面考虑，只要节能 5%就可 带来巨大的经济和社会效益。 由于自身的结构及运行特点， 使得SR电机的特性和控制方式与传统电机有明显不同， 同时也存在着一系列的问题需要解决。 因为开关磁阻电机采用的是双凸极结构， 高度饱和， 故开关磁阻电机调速系统本身是一个时变、 非线性系统。 磁阻转矩是定子电流和转子位置 的非线性函数， 传统的线性控制方法难以满足动态较快的 SR 电动机非线性、 变参数要求， 因此，与一般电机相比，SR 电机转矩脉动比较明显，由此电机噪声及转速波动，这就限 制了它的应用。 首先， 本文结合大量的文献资料， 全面总结和分析了当前开关磁阻电机调速系统的几 大优势，进一步明确了在教学中加强对开发开关磁阻电机调速系统认识的意义。其次，总 结阐释了开关磁阻电机的运行和控制机理，以及在各种运行状态下各控制方式的性能比 较。其三，详细推导了电机的线性和非线性模型的，并在此基础上采用 仿真工具进行了一系列定性分析， 获得了相应理论成果。 合理的系统设计方案使得 电机在控制上优越性得到了充分的发挥。最后，对上述系统进行了实验研究。通过研究 对比分析，迸一步验证了和深化了前文所取得一些理论成果，同时也表明系统设计合理， 易于使用，性能可靠，对提高实验研究水平与提高实验效率效果明显。 二、 本课题的主要研究内容（提纲） 1.掌握开关磁阻电机调速系统的原理、系统结构、设计方法，了解电机控制的发展 方向。 2.确定总体方案，完成总体设及及论证。 3.电机电磁方案设计分析研究 4.开关磁阻电机硬件设计 5.控制器软件设计 6.结论 三、 文献综述（国内外研究情况及其发展） “ 开 关 磁 阻 电 机 （ Switched Reluctance Motor ） ” 一 词 源 见 于 美 国 学 者 S.A.nasar1969 年所撰写的论文。它描述了这种电机的两个特征：1、开关性-电机必 须工作在一种连续的开关模式， 这是为什么在各种新型功率半导体器件获得后这种电机才 得以发展的主要原因。2、磁阻性-它是真正的磁阻电机，定转子具有可变磁阻回路， 更确切地说，是一种双凸极电机。开关磁阻电机的概念实际非常久远，可以追溯到 19 世 纪称为“电磁发动机”的发明，这也是现代步进电机的先驱。在美国，这种电机常被称为 “可变磁阻电机” （Variable Reluctance Motor ,VR 电机）一词，但是 VR 电机也是步进 电机的一种形式，容易引起混淆。有时人们也用“无刷磁阻电机(Brushless relucrance motor)”一词，以强调这种电机的无刷性。 “电子换向磁阻电机（Electronically Commutated Reluctance Motor）”一词也曾采用，从工作原理来看，甚至比“开关磁阻” 的说法更确切一些，但也容易与电子换向的永磁直流电机相混淆。毫无疑问，正是由于英 国教授 P.J.lawrenson 及其同事们的杰出贡献，赋予了现代 SR 电机新的意义，开关磁阻 电机一词也因此逐渐为人们所接受和采用。 开关磁阻电机的最早文献记载可追溯到 1838 年， 英格兰学者 Davidson 制造了一台用 以推动蓄电池机车的驱动系统。 据SRD LTD.的FULTON 博士在英国磁学一次研讨会上指出， Davidson 的蓄电池机车重数吨，而最高速度却达不到一个人推动时所能获得的速度。由 于当时采用的是机械开关，其运行特性、可靠性和机电能量转换效率都是很低的，从而难 以引起人们的关注。本世纪 20 年代，英国学者 C.L.Walker 发明并取得步进电机的专利， 初具了现代 VR 步进电机和开关磁阻电机的许多特征。随着电力电子器件和电磁场计算技 术的发展，开关磁阻电机又逐步吸引了人们的注意力。 从 1984 年开始， 我国许多单位先后开展了 SR 电机的研究工作， 如北京纺织机械研究 所（即中国纺织总会纺织机电研究所） 、华中理工大学、南京航空航天大学、东南大学、 福州大学、华南理工大学及浙江大学等，且 SR 电机被列入中小型电机“七五”科研规划 项目。 在借鉴国外经验的基础上， 我国 SR 电机的研究进展很快， 对 SR 电机的控制、 仿真、 设计理论和电磁场数值分析等都做了许多工作， 在国际、 国内刊物和会议上发表了许多篇 论文。1988 年 11 月首届研讨会在南京航空航天大学召开。1991 年 9 月，第二届 SRD 研讨 会在华南理工大学召开。参加人员来自全国高校、研究所和工厂等 25 家单位，大会上成 果交流表明，我国 SRD 的理论研究和应用已经取得了较大的进展，参加研制的单位有了 显著的增加。1993 年 12 月北京开关磁阻电机调速系统工业应用研讨会上，在中国电工技 术学会中小型电机专业委员会领导下，正式成立了开关磁阻电机学组。10 多年来，我国 已研制了 50W30KW、20 多个规格的工业成品样机，在纺织机械、毛巾印花机、泽尔浆纱 机、 多功能蒸煮联合机以及轻型龙门刨床和食品加工机械等方面的应用中取得了良好的效 果。但应该看到，目前我国 SR 电机的理论研究和实际应用都存在较大的不足和差距。 近 20 年来，SR 电机的研究在国内外取得了很大的发展，但作为一种新型调速驱动系 统，研究的历史还较短，其技术涉及到电机学、微电子、电力电子、控制理论等众多学科 领域，加之其复杂的非线形特性，导致研究的困难性，在电机理论、性能分析和设计等方 面都还不够成熟、 完善， 存在大量的工作要做， 如铁心损耗、 转矩波动和噪声的理论研究， SR 电机磁场的三维有限元分析，电机设计优化及控制参数的优化，SR 电机的测试，无位 置传感器的 SR 电机，新结构 SR 电机的开发等。 拟解决的关键问题 问题一： 功率变换器方案确定和主开关元器件选择： 开关磁阻电动机调速系统的性能和制造 成本， 在很大程度上取决于功率变换器主电路的结构形式， 因此功率变换器的研究意 义重大。 随着电力电子技术的发展和新元器件的不断涌现， 如何合理地选择主开关元 件的类型、数量及容量也是十分重要的课题。 问题二： 控制系统总体结构设计;由位置传感器测定电动机旋转时的相对位置，然后经过变换 电路一方面进行角度分析后将信号送到单片机中， 经过单片机输出相通断与开通关断 角控制信号。另一方面与转速给定的信号进行速度 PI 调节，然后与由电流传感器产 生的电流反馈信号经过电流 PI 调节、PWM 生成，形成电压 PWM 信号；此外，由电流 传感器传送的电机电流与经过 D/A 转换的电流斩波域值进行电流斩波比较后输出电 流斩波 PWM 信号；这样电流斩波 PWM 信号、相通断与开通关断角控制信号、电压 PWM 信号这三部分信号经过逻辑综合后输出驱动信号。 四、 研究思路和方法 一、介绍了开关磁阻电机驱动系统(Switched Reluctance Drive, SRD)的发展概况、研究 现状，指出研究的目的和意义。 二、简要叙述了开关磁阻电机的本体结构及其调速系统的基本原理工作原理。 三、设计开关磁阻电机调速系统的硬件结构图。 四、开关磁阻电机调速系统进行软件编程。 五、改进方案。 五、 本课题的进度安排 3 月 7 日-3 月 30 日：收集相关的资料和网上下载有关材料，确定毕业课题和开题报告。 4 月 1 日-4 月 30 日：开始对课题的相关内容进行了解，并开始进入论文书写阶段。 5 月 1-日-5 月 30 日：论文的框架基本完成，并对论文进行仿真工作。交老师进行审查和 纠正。 6 月 1 日-6 月 15 日：对论文进行第二次的复查和校对工作，并作好答辩的准备。 一、参考文献 1葛宝明等. 开关磁阻电机控制策略综述J. 电气传动,2001(2) 2 詹琼华. 开关磁阻电动机M. 武汉:华中理工大学出版社,1992. 3 王宏华. 开关型磁阻电动机调速控制技术M. 北京:机械工业出版社，1995 4 刘 闯,朱学忠,刘迪吉,立 磊. 基于微机控制的开关磁阻发电机研究J. 电力电子 技术,1999,5:7-9. 5 张全柱,郝荣泰,邓新华. 开关磁阻电机的几种功率变换器拓扑的性能分析J. 电气 传动自动化, 1995,17(4):50-54. 6 马志源. 电力拖动控制系统M. 北京:科学出版社,2004. 7 毛良明. 开关磁阻电机间接位置检测技术的理论研究与实践D. 南京:南京航空航 天大学博士论文,2000. 8 邱亦慧,詹琼华,马志源,郭 伟. 基于简化磁链法的开关磁阻电机间接位置检测J. 中国电机工程学报,2001(10). 9 詹琼华,王双红,肖楚成. 开关磁阻电动机电容式位置检测技术J. 电工技术学 报,1999.3. 10 Radun A V High power density switched reluctance motor drive for aerospace applicationJ.IEEE Trans on IA ,1992,28(1):113119. 12FerreiraCA,StephenRJ,BarryTDetal.Designandimplementationofa five-hp,switchedreluctance,fuel-lube,pump,mo