开关磁阻电机调速系统智能控制策略的研究

摘要

开关磁阻电机调速系统以其结构简单、成本低廉、在较宽的调速范围内均具有高效率等诸多优点，成为普通交流传动系统和直流传动系统强有力的竞争者。但开关磁阻电机严重的非线性以及变参数特性增加了它的控制难度，传统的线性控制方法往往难以取得令人满意的效果。因此，对于开关磁阻电机调速系统智能控制策略的研究一直是近年来开关磁阻电机研究领域的热点之一。本文在深入分析国内外有关开关磁阻电机及其调速系统资料的基础上，将模糊逻辑控制应用于开关磁阻电机调速系统，并与传统PI控制进行了性能比较。在仿真的基础上，选用DSP控制芯片实现开关磁阻电机调速系统的智能控制。 本文首先简要介绍了开关磁阻电机及其调速系统的发展过程与研究现状，然后对开关磁阻电机及其调速系统的基本结构、工作原理和特点进行了较为详细的阐述。在对开关磁阻电机的基本理论进行充分研究的基础上，将传统的PI控制引入开关磁阻电机调速系统中，利用其原理简单、适应性强、鲁棒性强的特点对开关磁阻电机进行控制，并对相应参数进行优化，达到了较好的控制效果。但是由于PI控制固有的局限性使它的应用受到了限制。在众多的智能控制策略中，模糊控制系统具有较强的知识表达和推理能力，并且对控制对象模型的精确性要求不高，非常适合于开关磁阻电机调速系统的控制。因此本文着重研究了模糊逻辑控制在开关磁阻电机调速系统中的应用。在此基础上应用Matlab/Simulink仿真环境建立了三相(6/4极)开关磁阻电机调速系统的动态仿真模型，并将模糊PI控制的仿真结果与传统PI控制、模糊控制的仿真结果进行了比较，得出的结论是：采用模糊PI控制的开关磁阻电机调速系统的适应性更强、稳定性更好，控制精度、速度及转矩特性均更令人满意。最后，通过分析开关磁阻电机的基本结构、运行和控制特性，并与常用控制方法进行比较，以DSP控制器为核心组成调速控制系统。该系统以TI公司的TMS320LF2407芯片为控制核心，低速时采用电流斩波，高速时采用电压PWM控制的控制策略。利用 DSP内部的资源大大减少了控制系统外围电路所需的元器件。系统中功率变换器的设计遵循结构匹配、效率高、控制方便的原则，在比较了多种功率变换器优缺点的基础上，采用了一种主开关器件最少的方案，使得设计成本低、控制简单、安全可靠。系统的软件设计采用模块化编程方法，从而增强了程序的可读性和易操作性。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2 SR电机的发展概况及其设计研究现状

1.2.1 SR电机的发展概况

1.2.2 SR电机设计研究方面的发展

1.3课题研究的目的和意义

1.4论文的主要内容

1.5本章小结

第二章开关磁阻电机及其调速系统

2.1 SR电机调速系统的基本结构

2.1.1 SR电机

2.1.2功率电路

2.1.3控制电路和位置检测

2.2 SR电机的工作原理

2.3 SR电机调速系统的特点

2.4 SR电机控制策略的研究及发展情况

2.5本章小结

第三章PID控制原理与应用

3.1 PID控制的发展过程

3.2模拟PID控制的原理

3.2.1比例控制

3.2.2积分调节

3.2.3微分调节

3.3数字PID控制算法原理

3.3.1位置式PID控制算法

3.3.2增量式PID控制算法

3.4控制方法的选择

3.5 PID控制器的参数整定

3.5.1采样周期T的确定

3.5.2 PID控制器参数的整定技术

3.6 PID控制器的局限性和发展趋势

3.7本章小结

第四章模糊控制的基本理论

4.1引言

4.2模糊控制的发展及特点

4.2.1模糊控制的发展

4.2.2模糊控制的特点

4.3模糊控制系统的组成及原理

4.3.1模糊控制系统的组成

4.3.2模糊控制系统的原理

4.4模糊控制器的设计

4.5模糊控制的局限性

4.6本章小结

第五章基于MATLAB/Simulink环境的SR电机调速系统的仿真

5.1仿真软件MATLAB/Simulink简介

5.2功率变换器模型

5.3 SR电机模型

5.4 SR电机调速系统的PI控制仿真

5.4.1 SR电机调速系统的无PI控制仿真

5.4.2 SR电机调速系统的PI控制仿真

5.5 SR电机调速系统的模糊控制仿真

5.5.1模糊控制器的设计

5.5.2 SR电机调速系统的模糊控制仿真及结果分析

5.6 SR电机调速系统模糊PI控制仿真

5.7 SR电机调速系统的转速响应曲线及比较

5.7.1 SR电机调速系统的转速响应曲线

5.7.2 SR电机调速系统的转速响应曲线的比较及结论

5.8本章小结

第六章基于DSP的SR电机调速系统设计

6.1 TMS320x240x数字信号处理器介绍

6.2 SR电机调速系统的硬件设计

6.2.1低速斩波电路

6.2.2 PWM调理电路

6.2.3功率变换器设计

6.2.4其它部分

6.2.5系统电磁兼容的设计

6.3 SR电机调速系统的软件设计

6.3.1主程序

6.3.2初始化程序

6.3.3起动子程序

6.3.4运行子程序

6.3.5测速子程序

6.3.6 PWM中断子程序

6.3.7捕获中断子程序

6.3.8故障中断子程序

6.3.9键盘中断子程序

6.4本章小结

第七章总结

7.1论文主要完成的工作

7.2存在的不足和尚待完成的工作

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文