开关磁阻电机调速控制系统设计与实现

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开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,简称SRM)作为一种新型调速电机,已在家用电器、航空工业以及电动汽车等领域得到应用,其调速系统(Switched Reluctance Motor Drive,简称SRD)性能也在不断提升。由于它结构简单、系统可靠、起动转矩大、起动电流小和在较宽调速范围内能够保持较高效率的优点,所以为SRD发展带来了机遇。然而,SRM较多的控制参数和对不同的转速需要不同控制策略的特性,导致其控制方式复杂,优点不易充分发挥。由于对它的研究起步较晚、发展较慢,且传统交直流调速系统具有较大的市场惯性,从而导致SRD的应用比较落后,因此开展对SRD的应用研发具有实用意义。速度作为主要性能指标之一,是SRD应用的关键所在,本文以提高速度性能为出发点,开展硬件电路及控制系统软件的相关设计研究。论文以一台7.5kW三相12/8级样机为对象,介绍SRM基本工作原理、完整的数学模型,根据不同精度要求分析线性模型、准线性模型下电机特性;以两种模型为基础分析斩波控制和角度位置控制方法,进行调速控制算法分析和设计。在理论分析的基础上,设计调速控制系统的硬件电路,由功率变换器、主控器DSC、位置检测电路、驱动电路等模块组成的能够实现基本功能和算法功能的电路板。在硬件平台的基础上,根据调速控制要求设计相应软件,给出了位置识别、速度计算、速度闭环控制、系统保护等编程思想和实现方法。针对实现调速功能的软硬件设计难点,如,对传统吸收电路无法有效吸收过流、短路时的尖峰电压的问题,引入有源嵌位设计,以确保故障情况下功率管的安全关断;对有位置传感器SRM启动时易出现紊乱,而无法正常运行的现象,采用任意初始位置无反转启动方案,实现电机的无反转启动;对速度调节所面临的非线性和变结构问题,采用变参数PID和积分分离的PID控制算法进行调速控制。最后,依据本文所要解决的问题以及调速控制的要求,依托所设计的硬件及软件调速平台进行实验验证,所获得的实验数据和波形,表明系统设计的合理性和理论分析的正确性,为进一步研究和实际应用奠定基础。
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