开关磁阻电机直接瞬时转矩控制系统设计

摘要

开关磁阻电机作为一种新型调速电机已经在诸如纺织、航空等领域得到了广泛应用，尤其是电动车研发行业，更在近年成为国家的重点研究项目。但是受结构制约，其严重的转矩脉动现象阻碍了其市场应用，而传统的控制策略又不能达到理想的控制效果，因此本文以减小转矩脉动为研究目的，选择了直接瞬时转矩控制控制策略作为研究方向，从系统设计的角度阐明了如何实现这一控制理论。
　　本文以一台7.5kW、三相12/8极开关磁阻电机为试验样机，首先从其双凸极磁阻结构特点介绍，分析了运作原理。并在理想线性模型下由电流、电感、定转子相对位置角推导出了电磁转矩关系，引出了由转矩作为直接控制参数的直接瞬时转矩控制策略。然后展示并说明了直接瞬时转矩控制系统结构和原理，分析了如何有效在电机一个电感周期内抑制转矩脉动。由此重点对转矩单元，转矩滞环器等单元进行了设计分析，表明利用合理的开通关断角即可以满足恒转矩输出。
　　接着本文针对该控制策略，硬件上设计了以TI公司DSP TMS320F28335为主的控制电路，并对相关位置检测电路、电流检测电路、通讯电路、驱动等主要电路进行细致的工作原理介绍。软件上根据直接瞬时转矩控制要求进行C语言编写，介绍了双闭环PI控制和数字位置识别的编程思想及代码实现，同时对其中的通讯函数，转速计算等内容进行算法设计和流程图讲解。
　　最后本文对直接瞬时转矩控制系统进行测试实验，得到相关实验数据和波形，并对实验结果进行分析，通过结果可以看出电机稳定运行，证明了该策略的可行性和正确性，并对未来研究方向进行展望。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 开关磁阻电机发展概述及应用领域

1．3 开关磁阻电机研究现状和方向

1．3．1 开关磁阻电机建模与结构改进

1．3．2 无位置传感器控制研究

1．3．3 开关磁阻电机控制策略

1．4 本文主要内容

2 开关磁阻电机直接瞬时转矩控制系统

2．1 开关磁阻电机的结构

2．2 开关磁阻电机线性模型分析

2．2．1 转矩方程分析

2．2．2 理想线性下的开关磁阻电机模型

2．3 直接瞬时转矩控制系统结构

2．4 转矩分配单元

2．5 通电逻辑开关表及功率变换器单元

2．6 转矩滞环器设计

2．6．1 恒转矩输出

2．6．2 开通关断信号选择

2．7 本章小结

3 直接瞬时转矩控制系统硬件设计

3．1 开关电源及数字主控芯片

3．1．1 开关电源

3．1．2 TMS320F28335数字芯片

3．2 基于旋转变压器的角度位置检测

3．2．1 位置传感器

3．2．2 位置检测电路

3．3 电流传感器及检测电路

3．3．1 电流传感器

3．3．2 电流检测电路

3．4 按键显示板及通讯电路

3．4．1 按键显示板

3．4．2 通讯电路

3．5 保护电路

3．6 功率变换器及驱动电路

3．7 本章小结

4 直接瞬时转矩控制系统软件设计

4．1 CCS下的软件设计框图

4．1．1 软件平台

4．1．2 程序结构框图

4．2 主程序设计

4．3 直接瞬时转矩控制算法设计

4．3．1 基于数字识别的通电逻辑算法设计

4．3．2 基于数字识别的位置算法设计

4．3．3 双闭环PI控制策略

4．4 转速运算函数

4．4．1 转速运算方法分析

4．4．2 转速算法设计

4．5 通讯函数

4．6 程序校正

4．7 本章小结

5 直接瞬时转矩控制系统实验数据分析

5．1 实验平台介绍

5．2 实验波形和数据分析

5．2．1 解码板波形分析

5．2．2 电流波形分析

5．2．3 启动和停止速度曲线分析

5．2．4 转矩波形分析

5．3 本章小结

结论

参考文献

致谢