750W电动自行车用开关磁阻电机控制器设计

摘要

开关磁阻电机是随现代电力电子技术，微计算机控制技术发展起来的新型电机，凭借效率高、控制灵活、结构简单、成本低及可靠性高等优点，十分适合于电动自行车、电动汽车等应用场合。
　　 本文从开关磁阻电机的基本电磁规律出发，分析了SRM的运行原理、调速特性和控制方法。并在Matlab/Simulink环境下建立了开关磁阻电机的准线性模型。在此基础上，给出了一种滑模控制算法，并针对普通滑模控制所产生误差和抖振的缺点，给出了改进的滑模控制结合传统PI控制的双环控制算法；针对滑模算法的复杂性，给出了一种简单快速的根据误差进行参数自调整的专家PI控制方法。同时针对传统的固定开关角控制方式设计了一种简单的变开关角优化控制。进一步结合MATLAB自带开关磁阻电机模型进行了仿真，结果表明了所给算法的有效性。
　　 另外，结合一台750W，6/4极三相开关磁阻电机，设计了电动自行车用开关磁阻电机控制器的硬件和软件。根据系统性能要求及控制器生产成本选择了合适的元器件，控制器硬件系统以Atmel公司的ATmega16单片机为CPU，包括了功率变换器、功率驱动电路、功率管保护电路、位置速度检测接口电路和电流检测接口电路。系统软件采用C语言编程，采用模块化设计，增强了可读性和移植性。

目录

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英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 论文背景及研究意义

1.2开关磁阻电机的发展概况

1.3 开关磁阻电机基本原理及其调速系统构成

1.4开关磁阻电机的控制方式及研究

1.5论文研究主要内容

第二章开关磁阻电机的建模

2.1 开关磁阻电机驱动系统建模的研究现状

2.2开关磁阻电机驱动系统的基本电磁关系

2.3开关磁阻电机模型的建立

2.3.1 线性模型

2.3.2准线性模型

2.4开关磁阻电机系统在MATLAB中的建模仿真

2.4.1建模仿真工具MATLAB／SIMULINK简介

2.4.1开关磁阻电机的准线性SIMULINK模型

2.4.2 SIMULINK／SimPowerSystems中的开关磁阻电机模型

第三章开关磁阻电机控制算法研究

3.1 滑模变结构控制简介

3.2滑模变结构控制的基本原理

3.2.1 基于趋近率的滑模控制

3.3开关磁阻电机的滑模控制

3.3.1 系统状态模型的建立

3.3.2 SRM的滑模控制设计

3.3.3趋近率的改进

3.3.4开关磁阻电机的离散滑模控制仿真

3.4开关磁阻电机的先进PID控制

3.4.1 专家PID控制

3.4.2基于专家PID控制的开关磁阻电机控制设计

3.5开关磁阻电机的开关角优化

第四章 电动自行车用开关磁阻电机控制器硬件设计

4.1 功率变换器及其驱动电路

4.1.1功率变换器

4.1.2功率器件的选取和保护

4.1.3驱动电路

4.2控制器核心电路设计

4.3转子位置检测接口电路

4.4电流检测接口电路

4.5 电源电路

4.6控制器整体EDA设计

4.6.1 Protel DXP简介

4.6.2控制器硬件整体设计

第五章电动自行车用开关磁阻电机控制器软件设计

5.1 软件要求及架构

5.2主程序设计

5.3启动程序设计

5.4基于状态机的换相设计

5.5位置速度检测程序设计

5.6控制程序设计

第六章实验结果

6.1 实验平台

6.2实验结果

第七章总结与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文