开关磁阻电机位置检测与角度控制算法的设计与实现

摘要

开关磁阻电动机调速系统是一种新型的调速系统，它主要由开关磁阻电机(SwitchedReluctanceMotor,SRM)、功率变换器、位置检测器和控制器等几部分组成。其调速性能可以与直流电机相媲美，但由于开关磁阻电机的定、转子是双凸极结构以及磁路的高度饱和现象使得SRM的转矩和磁链均是电流和转子角度的非线性函数，用常规的控制方法难以取得较好的控制效果。
　　本文首先介绍了开关磁阻电机的数学模型，在数学模型的基础上分析得到了调节开关角对于电机性能改善的理论依据，并在此基础上对其进行了仿真，仿真的结果证实了调节开关角能够改善电机性能的理论的正确性。由于开关磁阻电机的高度非线性，本文设计了一种带传感器的位置检测模块，由此计算出电机的转速，并以此转速的误差和误差变化率作为输入设计了一种二维自适应模糊PID控制器，以PID的三个参数Kp、Ki、Kd来作为输出变量，利用模糊规则在线对PID参数进行修改，以满足不同时刻的误差和误差变化率对PID参数自适应的要求，从而矫正系统。
　　经过MATLAB/Simulink对本设计数学模型的仿真，验证了本策略的正确性。在实测中测量了开关磁阻调速电机位置信号、PWM波输出波形、I/0信号的波形、相电压电流的波形、不同转速对应的最优关断角，并计算得出了在多个转速的情况下，电机的空载超调在15％以内，稳态误差在5％以内，达到了设计目标。说明采用本设计的模糊控制关断角具有较强的鲁棒性，动态调速性能良好。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容和设计指标

1．3．1 研究内容

1．3．2 设计指标

1．4 论文组织

第二章 SRM电机相关数学模型与控制策略

2．1 开关磁阻电机的基本结构

2．2 开关磁阻电动机的数学模型

2．3 开关磁阻电机的控制策略分析

2．3．1 CCC控制

2．3．2 APC控制

2．3．3 电压PWM控制

2．3．4 组合控制

2．4 APC控制中开关角度的计算

2．4．1 开通角θon的选择

2．4．2 关断角θoff的选择

2．5 控制策略的仿真测试

2．5．1 MATLAB中SRM电机的模型

2．5．2 功率变换器模块

2．5．3 仿真结果

2．6 本章小结

第三章 自适应模糊PID控制器的设计

3．1 PID调节原理

3．2 模糊控制器的原理

3．3 模糊控制器的设计

3．3．1 模糊控制器的结构设计

3．3．2 量化因子和比例因子

3．3．3 模糊控制规则的建立

3．3．4 模糊推理与解模糊

3．4 本章小结

第四章 基于STM32F103的控制系统的设计

4．1 硬件系统整体设计

4．2 控制平台介绍

4．3 信号采集模块

4．3．1 电流采样模块

4．3．2 位置信号检测模块

4．4 SRM电机控制系统的软件实现

4．4．1 概述

4．4．2 IAR Embedded Workbench IDE调试环境介绍

4．4．3 软件总体设计方案

4．4．4 初始化子程序

4．4．5 位置检测

4．4．6 换相控制

4．4．7 转速测量和角度控制模块

4．4．8 中断服务子程序

4．4．9 自适应模糊PID控制

4．5 本章小结

第五章 验证结果及分析

5．1 测试环境介绍

5．2 测试结果

5．2．1 位置信号

5．2．2 PWM波和I／O输出波形

5．2．3 SRM电机的电压电流波形

5．2．4 不同转速对应的关断角

5．2．5 空载超调的测试

5．2．6 稳态误差的测试

5．3 结果分析

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢