基于DSP的开关磁阻电机直接转矩控制系统研究

摘要

开关磁阻电机(SRM)的本体结构十分简单，转子上不存在绕组，成本非常低廉。非常适合高温或高速情况下运行，应用在电动汽车、飞机和轮船的驱动装置上面取得了非常好的效果。然而，由于开关磁阻电动机特殊的双凸极结构，造成其运行时磁路高度饱和，电磁转矩是定子电流和转子位置角的非线性函数，加之其开关形式的供电电源，导致其转矩脉动要比其他电机系统严重，直接影响着开关磁阻电机的输出特性，由此引起的噪声和转速脉动问题限制了其推广应用。本文围绕着这一存在问题进行研究，通过对原理和运行特点的分析，提出一种基于换相区空间电压矢量的SRM直接转矩控制策略。
　　本文首先介绍了开关磁阻电机目前的发展情况及针对降低转矩脉动的国内外研究现状。在对SRM工作原理和数学模型进行分析的基础上，利用Ansoft软件对12/8极样机进行二维有限元仿真计算，获取其磁链、转矩等参数的静态特性曲线。在MATLAB/Simulink中搭建出了SRM的本体部分的非线性仿真模型。分析了SRM转矩脉动问题产生的原因，搭建出了直接转矩控制策略下的开关磁阻电机控制系统的仿真模型，通过仿真，分析比较了传统直接转矩控制和本文改进的直接转矩控制对转矩的控制效果，验证了本文提出的改进直接转矩控制能够基本消除转矩失控现象，降低换相期间的转矩脉动。将改进直接转矩控制与电流斩波控制二者的仿真波形进行对比，验证了改进直接转矩控制应用在开关磁阻电机控制系统中降低转矩脉动的可行性。以DSP为控制核心，通过合理的硬件设计和软件设计使实验平台变的更加安全可靠，为SRM的改进直接转矩控制策略的实施提供了良好的基础。
　　最后，搭建了实验平台，通过实验得到了电流和位置波形，通过直接转矩控制的实验测试，验证了改进的直接转矩控制对改善转矩失控及减小SRM的转矩脉动具有良好的效果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 SRM的研究现状

1．2．1 SRM的发展概况

1．2．2 SRM的研究方向

1．3 SRM转矩脉动控制策略的研究现状

1．4 本文研究的主要内容

第2章 SRM基本原理及其非线性建模

2．1 SRM的基本原理和数学模型

2．1．1 SRM的基本原理

2．1．2 SRM的数学方程

2．2 SRM磁场仿真分析

2．2．1 电磁场基本方程

2．2．2 电磁场定解条件

2．2．3 SRM二维静磁场分析

2．2．4 SRM二维静磁场仿真

2．3 MATLAB／Simulink下非线性建模

第3章 SRM的直接转矩控制系统分析与仿真

3．1 SRM转矩脉动控制策略研究

3．1．1 SRM转矩脉动产生的原因

3．1．2 转矩脉动控制策略的分析

3．2 SRM的直接转矩控制

3．2．1 SRM直接转矩控制原理

3．2．2 基本空间电压矢量的构建

3．2．3 电压矢量开关表的建立

3．2．4 坐标变换与扇区判断

3．2．5 磁链、转矩计算

3．3 SRM直接转矩控制的改进

3．3．1 SRM传统DTC存在的问题

3．3．2 基于换相区的空间电压矢量设计

3．3．3 改进DTC的具体实现方式

3．4 SRM直接转矩控制模型搭建

3．4．1 SRM的DTC系统框图

3．4．2 系统总体仿真模型

3．4．3 SRM本体模型

3．4．4 功率变换器模块

3．4．5 电压矢量开关表

3．4．6 磁链变换和扇区判断模块

3．5 改进的直接转矩控制系统仿真模型

3．6 仿真结果及分析

3．7 本章小结

第4章 系统的硬件和软件设计

4．1 系统硬件电路设计

4．1．1 功率变换电路

4．1．2 驱动电路

4．1．3 位置检测电路

4．1．4 电流检测电路

4．1．5 过压保护电路

4．2 系统软件设计

4．2．2 初始化子程序

4．2．3 起动子程序

4．2．4 中断服务子程序

4．3 实验结果及分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及获得成果

致谢