基于模型设计方法的发电机数字调压控制器设计

摘要

嵌入式系统开发方法中，基于模型设计方法相比传统的开发方法具有开发周期缩短、开发门槛低、效率高等优点，在汽车工业、航空航等领域中，得到了广泛的应用，对其在电机控制领域进行深入的研究和应用具有重要的意义。本文在本课题组自行设计的混合励磁无刷交流同步电机的基础上使用基于模型设计方法开发了基于TMS320F2812的发电机数字调压控制器。
　　文中首先介绍了基于模型设计方法的概念，对比分析了它与传统嵌入式系统开发方法相比的优点;介绍了基于模型设计方法在汽车工业、航空航天领域、电力电子以及其他领域的一些应用例子，总结了基于模型设计方法可以使用的软硬件开发工具，并以一个例子阐述了基于MATLAB开发环境的基于模型设计方法的开发全过程。随后，对本文开发所使用的硬件平台和DSP芯片进行了介绍。接下来使用基于模型设计方法实现了发电机调压控制器所需所有模块的功能，并各自通过实例进行了验证，包括信号量的观测、ADC采样模块使用、PWM发生模块使用、中断服务模块的使用以及频率信号采集算法模块和电压有效值计算模块等。在以上软硬件准备工作都完备的基础上，使用基于模型设计方法开发了基于TMS320F2812的数字调压控制器，所使用的控制算法有电压单环PI调节控制和电压、励磁电流双环PI调节控制。实验结果表明，所设计的调压控制器均达到了预期的设计目标，验证了基于模型设计方法的可行性和高效性。
　　本文的研究为基于模型设计方法应用于电机控制领域进行了探索，对于旋转整流器式无刷交流同步电机的进一步研究提供了有益的参考，为无刷交流同步电机的工程应用奠定了基础。

目录

摘要

注释表

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 航空电源系统

1．1．2 飞机发动机起动／发电系统的发展

1．1．3 发电机调压控制器研究

1．1．4 嵌入式系统开发简介

1．1．5 论文研究内容

1．2 T／R-HESG

1．3 论文的组织结构

第二章 基于模型设计方法

2．1 MBD介绍

2．2 传统开发方法与MBD的对比

2．3 MBD的应用领域

2．3．1 汽车工业

2．3．2 航空航天领域

2．3．2 电力电子与电机控制

2．3．3 其他领域

2．4 基于模型设计方法可使用的工具

2．4．1 SCADE软件

2．4．2 dSPACE软硬件系统

2．4．3 Mathworks软件

2．4．4 MATLAB自动生成代码支持的系统

2．5 MATLAB从建立模型到自动生成代码

2．5．1 代码生成流程

2．5．2 实例演示

2．6 本章小结

第三章 控制器硬件平台介绍

3．1 调压控制器总体方案

3．2 DSP芯片选择及介绍

3．2．1 芯片选择

3．2．2 TMS320F2812芯片介绍

3．3 电压与电流采样电路

3．3．1 电压检测

3．3．2 频率检测辅助电路

3．3．3 电流检测

3．4 保护单元

3．5 DA输出电路

3．6 智能功率模块

3．7 本章小结

第四章 控制器软件实现方法

4．1 信号量的实时观测

4．1．1 RTDX

4．1．2 通过DA芯片实现信号量实时观察

4．2 基本功能模块的实现

4．2．1 通过ADC模块采样电压／电流信号

4．2．2 使用CAP模块采样上升／下降沿信号

4．2．3 使用PWM模块产生PWM信号

4．2．4 中断的使用

4．2．5 使用Timer设置时钟

4．3 频率信号采集算法

4．3．1 算法描述

4．3．2 算法改进

4．4 电压有效值计算

4．5 本章小结

第五章 实验与分析

5．1 实验设备和器材

5．2 PI控制电压单环调压系统

5．2．1 系统模型

5．2．2 稳态调压试验

5．2．3 突加突卸负载试验

5．3 PI控制电压电流双环调压系统

5．3．1 系统模型

5．3．2 稳态调压试验

5．3．3 突加突卸负载试验

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 本文工作总结

6．2 后续工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文