基于脉冲注入法的SRM无位置传感器控制系统研究

摘要

开关磁阻电机（SRM）具有制作成本低，机械结构简单，运行时容错能力强，可靠性高等一系列优点。而电机本体的双凸极构造，磁边缘效应和磁饱和效应使得电机各相磁链和转矩都是转子位置与定子电流的强耦合非线性函数，导致了电机模型的严重非线性。因此，SRM的可靠运行依赖于对转子位置的准确判断，传统的位置传感器的使用却降低了整个开关磁阻电机系统的可靠性，同时又增加了控制系统的成本与复杂性。基于开关磁阻电机的无位置传感器控制方法已日益成为SRM控制驱动技术研究领域的一大热点。
　　本研究主要内容包括：⑴阐述了开关磁阻电机基友三作原理，详细分析了电机数学模型，为后续无位置传感器控制方法的研究提供理论依据。⑵开关磁咀电机无位置传感器控制方法介绍，分析了各方法的优缺点，重点进行了基于高频脉冲注入法的无位置传感器控制策略研究。针对电机启动过程中的不同状态提出了前相检测控制策略和后相检测控制策略来实现电机的无反转启动以及后续高速运转。在高频注入法的基础上实现了电机转速闭环控制。⑶在SRM理论研究的基础上，设计了开关磁阻电机无位置传感器控制系统，包括基于MOSFET的驱动电路，基亍STM32的控制电路以及相关控制程序。⑷搭建了开关磁阻电机控制系统试验平台，验证了高频脉冲注入控制策略的有效性以及整个控制系统的可靠性，并测试了系统的调速性能。

目录

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致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 开关磁阻电机研究发展概况

1．3 无位置传感器控制方法简介

1．4 本课题研究内容

第2章 开关磁阻电机结构及基本运行原理

2．1 机械机构

2．2 基本工作原理

2．3 调速系统数学描述

2．3．1 电路系统

2．3．2 机械系统

2．3．3 机电联系方程

2．4 SRM数学建模

2．4．1 线性模型

2．4．2 分段线性模型

2．4．3 非线性模型

第3章 SRM无位置传感器控制方法

3．1 SRM经典脉冲注入法简介

3．1．1 响应电流信息截取

3．1．2 合成矢量法

3．2 基于电感分区的高频脉冲注入法

3．2．1 高频脉冲法基本原理

3．2．2 启动策略

3．2．3 后相检测控制策略

3．2．4 前相检测控制策略

3．2．5 仿真验证

3．3 速度闭环控制策略

3．3．1 PI控制策略

3．3．2 模糊积分控制策略

3．3．3 模糊控制器设计

3．3．4 仿真验证

第4章 SRM无位置传感器调速系统软硬件设计

4．1 调速系统硬件设计

4．1．1 功率部分硬件设计

4．1．2 控制部分硬件设计

4．2 调速系统软件设计

4．2．1 控制程序整体结构设计

4．2．2 主程序设计

4．2．3 中断服务程序

4．2．4 其他辅助控制程序

第5章 SRM无位置传感器控制实验验证

5．1 实验平台介绍

5．2 控制策略验证实验

5．2．1 高频脉冲注入响应电流波形验证

5．2．2 前相检测策略实验验证

5．2．3 后相检测策略实验验证

5．2．4 速度闭环控制实验验证

5．2．5 负载实验

第6章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 后续展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文