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摘要:开关磁阻电机调速系统,Switched Reluctance Drive,简称SRD,是三十多年前才逐渐普及起来的一种新兴的传动系统。由开关磁阻电机(简称SRM)、控制器、功率转换器、位置检测器等器件组成。它是融新型电动机与电力电子技术、控制技术于一体,具有卓越的速度调节性能,是一种性能价格比较高的调速系统,具有优越的发展前景。 本文首先介绍了以开关磁阻电机为主题的发展背景和探究趋势,分析了当前开关磁阻电机调速系统的主要问题和研究热点,重点介绍了本文的主要研究内容和工作。其次介绍了SRM的结构、原理和运行时的特性,推导了数学模型并分析它的基本控制方式。然后介绍了DSP数字信号处理器的结构特点,并将其应用于该调速系统中,从而使控制更加灵活。本系统的硬件部分使用TMS320LF2407作为主控制部分,设计了电源电路、功率变换电路和检测电路等。软件部分采用模块化设计,主要设计了主程序、PID控制程序及电机驱动程序。然后在MATLAB的SIMULINK库下建立SRD仿真模型,对SRD进行了初步的数字化控制,并在不同参数下对比系统的各项性能。最终通过仿真电路调试,完成了一个满足基本技术指标的5.5kw四相8/6级SR电动机调速系统的设计。
关键词:开关磁阻电机调速系统、TMS320LF2407、DSP、PID控制、MATLAB
目录 摘要 Abstract 第一章 绪论-1 1.1 开关磁阻电机调速系统的发展背景与发展现状-1 1.2 开关磁阻电机调速系统的发展趋势及研究热点-2 1.3 本课题研究的意义与价值-3 1.4 本课题主要研究内容及章节安排-3 第二章 开关磁阻电机调速系统基本理论-4 2.1 SRD的基本组成-4 2.1.1 开关磁阻电机-4 2.1.2 控制器-5 2.1.3 功率变换器-5 2.1.4 检测单元-5 2.2 SRM的工作原理-5 2.3 SRM的数学模型-7 2.3.1 电压平衡方程-7 2.3.2 转矩平衡方程-8 2.3.3 机电联系方程-8 2.4 SRM的基本控制方式-8 2.4.1 电流斩波控制(CCC)-10 2.4.2 角度位置控制(APC)-11 2.4.3 电压PWM控制(CVC)-11 2.5 本章小结-12 第三章 基于DSP的开关磁阻电机调速系统硬件设计-13 3.1 总体控制方案-13 3.2 TMS320LF2407控制电路设计-13 3.2.1 TMS320LF2407的结构特点-13 3.2.2 控制器硬件总体方案的设计-14 3.2.3 基于TMS320LF2407最小系统的设计-15 3.3 功率变换器设计-17 3.3.1 功率变换器的选择-17 3.3.2 功率电路的设计-19 3.3.3 功率器件定额参数计算及选型-19 3.4 转子位置检测电路设计-20 3.5 电流检测电路设计-22 3.6 电流斩波与过流保护电路-23 3.7 故障检测与保护电路设计-23 3.8 本章小结-24 第四章 基于DSP的开关磁阻电机调速系统软件设计-25 4.1 系统总体设计-25 4.2 DSP资源及其分配-25 4.3 主程序设计-26 4.3.1 初始化模块-27 4.3.2 启动子程序-27 4.4 中断程序设计-28 4.4.1 速度计算-28 4.4.2 电流检测-29 4.4.3 其他子程序-29 4.4.4 控制算法实现-30 4.5 本章小结-31 第五章 开关磁阻电机调速系统建模与仿真-32 5.1 仿真软件介绍-32 5.2 SRD运行原理-32 5.3 Simulink环境下SRD的模型-32 5.3.1 SRM模块-33 5.3.2 功率变换器模块-34 5.3.3 角度位置控制模块-34 5.3.4 电流斩波控制电路模块-35 5.3.5 PID控制器-35 5.4 仿真模型测试结果-35 5.4.1 电流斩波方式效果-35 5.4.2 角度位置控制方式效果-36 5.4.3 仿真模型在PID控制下的效果-37 5.5 不同参数下的仿真结果-37 5.6 本章小结-38 第六章 总结与展望-40 6.1 总结-40 6.2 展望-40 参考文献-41 致谢-43 |