论文总字数：17626字

摘 要

开关磁阻电机（Switched Relunctance Motor，以下简称为SRM）以结构简单、成本低、可靠性高、可免维护运行等多方面优点著称，在家用电气、煤矿生产、龙门机床、航空航天等多个领域都有着广泛地应用。因此，开关磁阻电机的控制系统也就成了各行各业都关注的热点问题。

本文设计了以DSP芯片为控制核心的控制系统，实现了对四相8/6极SRM的控制。并根据所设计的系统，给出了整个控制系统的硬件设计。包括电路的设计，元件的选择等等。

本文还利用了MATLAB的simulink模块搭建了仿真电路，实现了对SRM的速度、转矩的高精度控制。在此软件分析的基础之上，对以DSP为控制核心的四相8/6极SRM的控制系统进行了硬件整体设计，并给出了相应的程序流程图，做到了对转速、转矩的控制。

关键词：开关磁阻电机；开关磁阻电机的控制系统；DSP；Matlab仿真

Abstract

Switched reluctance motor (SRM) is famous for its simple structure, low cost, high reliability, maintenance free operation and many other advantages. It is widely used in many fields such as home electrical, coal mine production, gantry machine tool, aerospace and so on. Therefore, the control system of SRM has become a hot issue in all walks of life.

In this paper, a control system based on DSP chip is designed to realize the control of 4-phase 8 / 6-pole SRM. According to the designed system, the hardware design of the whole control system is given. Including circuit design, component selection and so on.

In this paper, the Simulink module of MATLAB is used to build the simulation circuit, which realizes the high precision control of SRM speed and torque. On the basis of this software analysis, the hardware of the control system of the four phase 8 / 6 pole SRM with DSP as the control core is designed, and the corresponding program flow chart is given to control the speed and torque.

Key Words：Switched reluctance motor；Switched Reluctance Drive；DSP；Matlab

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 国内外研究现状 1

1.2 开关磁阻电机基本运行原理 1

1.3 开关磁阻电机的基本方程 2

1.4 本文的主要研究内容 4

第2章 SRM控制系统构成 6

2.1 开关磁阻电机控制策略的选择 6

2.3 双闭环控制器的设计 11

2.4 仿真验证 15

2.5 仿真结果分析 20

第3章 开关磁阻电机控制系统的硬件设计 23

3.1开关磁阻电机速度控制系统硬件设计概述 23

3.2功率级电路的硬件设计 24

3.2.1 整流电路模块 24

3.2.2 功率变换器 24

3.3 控制级电路的硬件设计 26

3.3.1 控制核心的设计 26

3.3.2 位置检测电路的设计 28

3.3.3 电流检测电路 29

3.3.4 过流保护电路设计 30

3.3.5 速度给定电路 31

3.3.6 电源电路 31

第4章 开关磁阻电机控制系统软件设计 34

4.1 主程序及其子程序 34

4.2 启动子程序 35

4.3 中断服务子程序设计 36

4.4 转速环子程序 38

4.5转矩环子程序 38

结束语 40

参考文献 41

附 录 42

致 谢 46

第1章 绪论

开关磁阻电机是一种具有双凸极结构的磁阻电机，随着20世纪电力电子技术和数字控制技术的迅猛发展而迅速崛起^[1]。和传统的交直流电动机相比，它具有结构简单、系统可靠性高、成本低、启动能力强、稳定性好等多重优点。尤其在部分类似于井下作业等恶劣环境中，开关磁阻电机以其特殊的优势，展现出了广泛的应用前景。

因此，开关磁阻电机的研究引发了各行各业的关注，如何设计一个实用的能够对开关磁阻电机的启动、运行进行控制的控制系统就成了研究的热点。本章节在介绍开关磁阻电机的研究背景和意义的同时，结合国内外的研究成果，提出了一种有关四相8/6极开关磁阻电机的控制系统设计方案。

1.1 国内外研究现状

SRM的最初原型可以追溯到19世纪40年代。1842年，英国的Aberdeen和Davidson制造出了最初的模型。但是受限于科学技术的落后，此后的一百年当中，它的的发展速度并不理想。

直到20世纪60年代，大功率晶闸管的技术突破为开关磁阻电机的继续发展提供了条件。此后的十余年间，美国的俄亥俄州立大学、吉尼亚理工大学、爱克朗大学等都将开关磁阻电机作为热门的研究课题。随后美国的福特电机公司研制出了最早的开关磁阻电机的控制系统，体现出来较宽的调速特性和稳定地运行状态。

SRM得到国际社会承认的标志是1980年一篇名为《变速开关型磁阻电动机》的论文发表，该论文系统阐述了SRM的基本原理及基本设计理论，研究了SRM的特性及其控制方式。随后，多个国家相继开始设立了相关的研究机构。

我国对开关磁阻电机的开发研究始于1984年，通过借鉴外国的研究经验，国内的研究虽然起步较晚但是起点较高^[2]，研究热点基本集中在比较成熟的三相或四相控制方案上。并且取得了很多喜人的成果，推出了几十种规格大小不同的电机，使得SRM在机械、煤矿、运输等各个方面都取得了应用，转速最高可达十万转每分，功率最高可达5兆瓦，引领了世界电机发展的潮流。

时至今日，开关磁阻电机的研究方向涉及到电机学、电力电子技术、微控制器技术、控制理论等多个技术领域，研究的复杂程度较高^[3]。

1.2 开关磁阻电机基本运行原理

开关磁阻电机从结构上可以分为三相6/4极，12/8极，四相8/6极等多种类型，下面我将以本设计所用到的四相8/6极SRM为例，说明它的的基本运行原理。如下图，是一个四相8/6开关磁阻电机的横截面，每个相位由2个极点组成。

图1.1 四相开关磁阻电机横截面

开关磁阻电机运行时每一相时独立的，这里就以D相为例，说明开关磁阻电机的工作原理。当给D相加入励磁时，根据“磁阻最小原理”，向轴线会按照和轴线重合的方向转动，直到两轴线重合，因此，只要按照D→A→B→C的顺序以此相绕组通电，转子就会逆着励磁顺序以逆时针方向转动，反之，就会顺时针转动^[4]。

SRM的工作原理是每一相的励磁过程由磁化和退磁两个区域组成。将功率变换电路的上导管命名为S1，下导管命名为S2。在磁化模式下，S1.S2开通电源通过功率变换电路，注入相电流，该相开始励磁。为了控制电流，当相电流超过最大电流时，S2关闭。这种模式被称为自由轮模式，其中相电流被相电阻阻尼。在磁化区的末端，当S1和S2同时被关断时开始退磁，因此相电压被反转。D相开关动作如表1.1所示，A、B、C相同理。

1.3 开关磁阻电机的基本方程

由于SRM具有高度的非线性，因此，在进行分析时，为了简便性需要做出很多理想的假设。首先，忽略电机的铁芯损耗，并且假定各相结构和参数对称，对部分电机参数定义如表1.2所示。

表1.1 D相一个阶段的动作

表1.2 电机参数定义表

对于小电流开关磁阻电机，相间的互感比自感小，可以忽略不计。因此，磁链和转矩的计算公式如公式（1）所示：

(1.1)

请支付后下载全文，论文总字数：17626字