開關磁阻電機軟特性的軟件設計畢業(yè)論文.doc

目錄1緒論.12設計要求.13系統(tǒng)結構及特點.13.1SRD的組成及工作原理.13.2SRD主要技術特點.34開關磁阻電機軟特性的實現(xiàn)原理.44.1開關磁阻電機軟特性分析.44.2開關磁阻電機軟特性實現(xiàn)原理.44.2.1轉(zhuǎn)矩的計算.44.2.2開關磁阻電機軟特性調(diào)速系統(tǒng)控制策略.65開關磁阻電機軟特性的軟件設計.75.1軟件設計概述.75.2主程序設計.85.3軟特性的實現(xiàn).95.4PI調(diào)節(jié)器的設計.105.5子程序設計.125.6可視化控制軟件PCmaster.155.6.1監(jiān)控界面.165.6.2監(jiān)測功能.166結束語.17致謝.18參考文獻.19附錄程序清單.2011緒論開關磁阻電機（SwitchedReluctanceMotor，簡稱SR電機）結構簡單、堅固，可靠性高，效率高，在一些要求高精度的電力拖動設備的控制系統(tǒng)中具有很多的優(yōu)勢。開關磁阻電機及其調(diào)速控制系統(tǒng)（SwitchedReluctanceDrive，簡稱SRD）是位置、速度和電流三閉環(huán)控制系統(tǒng)，是典型的機電一體化產(chǎn)品，有著廣泛的應用前景。近幾年來開關磁阻電機在許多電力傳動領域得到了廣泛的應用，比如在城市電動汽車、礦山井下電動機車、油田抽油機、家電領域上都可以與直流調(diào)速電機和變頻調(diào)速電機一較長短。隨著電力電子技術和控制技術的發(fā)展，開關磁阻電機及其調(diào)速控制系統(tǒng)將有更廣泛的發(fā)展和應用前景。目前在許多生產(chǎn)機械中，比如，電動汽車、游梁抽油機、電動鉆機等需要具有軟特性的電機驅(qū)動，即直流電動機的串勵特性。而開關磁阻電機具有起動電流小、控制靈活等優(yōu)點，因此研究開關磁阻電機軟特性調(diào)速系統(tǒng)具有十分重要的意義。開關磁阻電機軟特性調(diào)速系統(tǒng)的研究，將拓寬開關磁阻電機的研究和應用領域，并且對推動我國電氣傳動領域的發(fā)展也具有十分重要的現(xiàn)實意義。2設計要求本課題設計的開關磁阻電機軟特性調(diào)速系統(tǒng)，其主要功能有：正反轉(zhuǎn)、大范圍內(nèi)平滑調(diào)速；軟特性參數(shù)的在線調(diào)整；軟、硬特性運行方式的選擇，并具有各種保護功能。具體研究內(nèi)容如下：學習DSP56F803的使用，設計以該芯片為核心的SR電機軟特性調(diào)速系統(tǒng),實現(xiàn)軟特性曲線給定及調(diào)速、電機正反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速、電流的顯示功能。,研究開關磁阻電機的轉(zhuǎn)矩與電流之間的關系，實現(xiàn)一種較為簡便、快速、實用的計算轉(zhuǎn)矩的方法。開關磁阻電機軟特性調(diào)速系統(tǒng)的軟件設計，使系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)電機起動，軟特性調(diào)速和保護功能。并利用PCmaster的可視化控制軟件。能夠在上位機上實現(xiàn)對系統(tǒng)的實時監(jiān)控功能。3系統(tǒng)結構及特點3.1SRD的組成及工作原理SRD主要由SR電機、功率變換器、控制器和位置檢測器四部分組成，如圖1所示1。SR電機是SRD系統(tǒng)中實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的部件，也是SRD系統(tǒng)有別于其他電機驅(qū)動系統(tǒng)的主要標志，它的結構和工作原理與傳統(tǒng)的交直流電動機有著根2本的區(qū)別。它遵循“磁阻最小原理”磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合，產(chǎn)生磁拉力形成轉(zhuǎn)矩。因此，它的結構原則是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時磁路的磁阻要有盡可能大的變化。所以SR電機采用凸極定子和凸極轉(zhuǎn)子的雙凸極結構，并且定轉(zhuǎn)子極數(shù)不同。圖1SRD基本構成圖2SR電機工作原理圖2表示三相SR（12/8極）電機的橫截面和一相電路的原理示意圖。S1、S2是電子開關，D1、D2是二極管，E是直流電源。當定子A相磁極軸線OA與轉(zhuǎn)子磁極軸線Oa不重合時，開關S1、S2合上，A相繞組通電，電動機內(nèi)建立起以OA為軸線的徑向磁場，磁通通過定子軛、定子極、氣隙、轉(zhuǎn)子極、轉(zhuǎn)子軛等處閉合。通過氣隙的磁力線是彎曲的，此時磁路的磁導小于定、轉(zhuǎn)子磁極軸線重合時的磁導，因此，轉(zhuǎn)子將受到氣隙中彎曲磁力線的切向磁拉力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的作用，使轉(zhuǎn)子逆時針方向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子磁極的軸線Oa向定子A相磁極軸線OA趨近。當OA和Oa軸線重合時，轉(zhuǎn)子已達到平衡位置，即當A相定、轉(zhuǎn)子極對極時，切向磁拉力消失，轉(zhuǎn)子不再轉(zhuǎn)動。此時打開A相開關S1、S2，合上B相開關，即在A相斷電的同時B相通電，建立以B相定子磁極為軸線的磁場，電動機內(nèi)磁場沿順時針方向轉(zhuǎn)過30，轉(zhuǎn)子在磁場磁拉力的作用下繼續(xù)沿著逆時針方向轉(zhuǎn)過15。依此類推，定子繞組A-B-C三相輪流通電一次，轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動了一個轉(zhuǎn)子極距r（Nrr/2），對于三相12/8極開關磁阻電機，r=83600=45，定子磁極產(chǎn)生的磁場軸線則順時針移動了330=90空間角?？梢?，連續(xù)不斷地按A-B-C-A的順序分別給定子各相繞組通電，電動機內(nèi)磁場軸線沿A-B-C-A的方向不斷移動，轉(zhuǎn)子沿A-C-B-A的方向逆時針旋轉(zhuǎn)。如果按A-C-B-A的順序給定子各相繞組輪流通電，則磁場沿著A-C-B-A的三相交流電功率變換器SRM外部給定微機控制器電流檢測位置檢測負載3方向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子則沿著與之相反的A-B-C-A方向順時針旋轉(zhuǎn)。3.2SRD主要技術特點5從結構和運行原理上看，SR電機可以說是一種高速大步距的反應式步進電動機。兩者的主要差別在于：步進電機作為一種信息傳輸、實現(xiàn)角位移精密傳動的執(zhí)行機構，它的轉(zhuǎn)子軸運動服從電源的換相，而電源的換相通常是與轉(zhuǎn)子位置無關的，屬于轉(zhuǎn)子位置開環(huán)控制；SR電機則不同，其定子供電電源的換相與轉(zhuǎn)子位置直接有關，必須根據(jù)轉(zhuǎn)子位置傳感器提供的位置反饋信息來實現(xiàn)，屬于轉(zhuǎn)子位置的閉環(huán)控制。從運行狀態(tài)上看，也可將SR電機調(diào)速系統(tǒng)視為無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，兩系統(tǒng)中電機均運行在自同步狀態(tài)。但無刷直流電機的轉(zhuǎn)子有勵磁，定子多相繞組由逆變器提供交流電源；SR電機的轉(zhuǎn)子則為反應式，無須勵磁，定子繞組由直流脈沖電源供電，僅由簡單的開關即能實現(xiàn)，這使得電機結構和變換器結構都得到簡化。SR電機調(diào)速系統(tǒng)具有如下基本特點。電機結構簡單、適宜在惡劣條件下的可靠運行。SR電機的突出優(yōu)點是轉(zhuǎn)子上沒有任何形式的繞組，亦無需采用永磁體構成轉(zhuǎn)子磁極，因此最大速度不受限制，可達100000r/min，也無高溫退磁之憂。定子線圈為集中繞組，端部短而牢固。所以電機易于冷卻。適用于各種惡劣、高溫甚至強振動環(huán)境。轉(zhuǎn)矩方向與定子繞組電流方向無關，只需要單向的電流勵磁，因此可以減少功率變換器的開關器件數(shù)，降低系統(tǒng)成本。另外，SR電機調(diào)速系統(tǒng)中每個功率開關器件均直接與繞組串聯(lián)，根本上避免了直通短路現(xiàn)象。從而簡化了控制保護單元的要求，既降低了成本，又具有高的可靠性。從控制結構上看，各相繞組相互獨立工作，所以系統(tǒng)可以缺相運行，容錯能力強，適宜在如航天飛機、電動汽車等特殊場合作為起動機或驅(qū)動系統(tǒng)使用?？煽貐?shù)多，調(diào)速性能好?？刂芐R電機調(diào)速的主要參數(shù)有四個：開通角、關斷角、相電流幅值和相繞組電壓。可控參數(shù)多，意味著控制靈活方便。采用不同控制方法和參數(shù)值，不僅能使系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài)（如出力最大、效率最高等），而且可以實現(xiàn)各種不同的功能和特定的運行曲線，如使電機具有完全相同的四象限運行能力，并具有高起動轉(zhuǎn)矩和串勵電動機的負載曲線。在寬廣的轉(zhuǎn)速和功率范圍內(nèi)均具有高輸出和高效率，適用于頻繁起停及正反向轉(zhuǎn)換運行。當然