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李广明-开关磁阻电机软特性的软件设计(完整版)实用资料.doc
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李广明-开关磁阻电机软特性的软件设计(完整版)实用资料.doc
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李广明-开关磁阻电机软特性的
软件设计(完整版)实用资料
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河南科技学院
2021 届本科毕业论文(设计)
论文题目:开关磁阻电机软特性的软件设计
学生姓名:李广明
所在院系:机电学院
所学专业:应用电子技术教育
导师姓名:赵明富 王 超
完成时间:2009 年 5 月 20 日
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目 录
1 绪论..............................................................................................................................................1
2 设计要求 ....................................................................................................................................1
3 系统结构及特点.......................................................................................................................1
3.1 SRD 的组成及工作原理 ..................................................................................1
3.2 SRD 主要技术特点..........................................................................................3
4 开关磁阻电机软特性的实现原理.......................................................................................4
4.1 开关磁阻电机软特性分析.........................................................................................4
4.2 开关磁阻电机软特性实现原理................................................................................4
转矩的计算.............................................................................................................4
开关磁阻电机软特性调速系统控制策略.............................................................6
5 开关磁阻电机软特性的软件设计.......................................................................................7
5.1 软件设计概述................................................................................................................7
5.2 主程序设计 ....................................................................................................................8
5.3 软特性的实现................................................................................................................9
5.4 PI 调节器的设计 .........................................................................................................10
5.5 子程序设计 ..................................................................................................................12
5.6 可视化控制软件 PC master.....................................................................................15
监控界面.......................................................................................................16
监测功能.......................................................................................................16
6 结束语.......................................................................................................................................17
致谢................................................................................................................................................18
参考文献.......................................................................................................................................19
附录 程序清单…………………..............................................................................………20
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1 绪论
开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,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(Switched Reluctance Drive,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:
⑴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。,
⑵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。
⑶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 PC master 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
3.1 SRD 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
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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 1 SRD 基本构成
图 2 SR 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
�
(
Nr
r
/2
��
�
),对于
三相12/8 极开关磁阻电机,
r
�
=
8360
0
=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
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