基于DSP的开关磁阻电机伺服系统研究与开发

摘要

开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，SRM）因其构造简单、力矩特性好等优点，被认为是一种很有发展前景的驱动装置。因为开关磁阻电机的转矩脉动较大，传统的控制方法很难达到理想的控制效果。近年来，采用各种新的控制策略开展开关磁阻电机伺服控制技术的研究，一直是机电一体化领域的研究热点。
　　本文针对1.5 kW四相8/6极开关磁阻电机，研究和设计了一种伺服控制系统。本文首先分析和讨论了关磁阻电机的基本结构、运行原理和调速系统的特点，依据实测电感模型和理想电感线性模型建立了开关磁阻电机的准线性电感模型和磁链模型，为转矩脉动等电机优化提供基础。在此基础上，进一步分析和研究了开关磁阻电机的电磁转矩和绕组电流，建立了电机两相同时导通的数学模型，得到了开关磁阻电机的调速方法。
　　在以上分析研究基础上上，以一台1.5 kW四相8/6极开关磁阻电机为研究对象进行了伺服控制系统软硬件设计。硬件设计包括功率变换主电路和控制电路以及外围电路。控制器以DSC电机专用控制芯片dsPIC33FJ16MC304为核心设计，此外还进行了位置检测电路、电流检测电路、辅助电源设计和保护电路等外围电路设计设计。功率主电路是电机的核心部分，设计采用具有最少功率开关的“H”桥主电路，运用两块智能功率模块并联实现。通过深入的分析主开关管续流过程，提出了两相斩波模式和四相斩波模式在不同速度阶段相结合的能量回馈模式。
　　控制算法采用电流斩波内环，转速外环双闭环PID控制策略，依据建立的准线性模型采用分段PID控制。控制软件采用基于有限状体机的结构方案，通过系统状态的执行和转移实现了系统各种状态和功能的切换和执行。软件使用模块化编程方法，增强了程序的通用性和可读性。最后，对系统进行了实验研究及分析，取得较好的调速效果。

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第一章 绪论

1.1 开关磁阻电机的发展概况

1.2 开关磁阻电机的特点

1.3 开关磁阻电机调速系统概述

1.4 国内外研究热点和进展

1.5 选题背景与主要研究内容

第二章 开关磁阻电机基本理论

2.1 开关磁阻电机基本结构与运行原理

2.2 开关磁阻电机基本电磁分析

2.3 开关磁阻电机建模分析

2.4 开关磁阻电机基本控制方式

2.5 本章小结

第三章 开关磁阻电机伺服系统硬件设计

3.1 伺服控制系统技术要求

3.2 硬件平台总体设计

3.3 基于DSP的控制系统设计

3.4 电源设计

3.5 本章小结

第四章 功率变换电路分析与设计

4.1开关电机常用逆变电路类型

4.2 逆变电路工作模式分析

4.3 功率主电路分析设计

4.4 本章小结

第五章 开关磁阻电机伺服系统软件设计

5.1 SRD软件设计概述

5.2 主程序设计

5.3 功能子程序设计

5.4 双闭环调节器设计

5.5 本章小结

第六章 系统试验分析

6.1 试验对象与测试平台

6.2 结果分析

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

作者攻硕期间取得的成果