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基于ARM的開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

資 源 簡 介

開關(guān)磁阻電機(jī)是電機(jī)技術(shù)與現(xiàn)代電力電子技術(shù)、微機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，既具有結(jié)構(gòu)簡單堅(jiān)固、成本低、容錯(cuò)能力強(qiáng)，耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，又在高度發(fā)展的電力電子和微機(jī)控制技術(shù)的支持下獲得了良好的可控性能，目前己經(jīng)在多個(gè)工業(yè)部門得到應(yīng)用。因此，開關(guān)磁阻電機(jī)在驅(qū)動(dòng)調(diào)速領(lǐng)域有著良好的發(fā)展前景。本論文在對(duì)前人成果的廣泛了解和研究基礎(chǔ)上，以philip公司生產(chǎn)的LPC2101為主控芯片，充分利用其高速運(yùn)算能力和面向電機(jī)控制的高效控制能力，設(shè)計(jì)并制作了SRM控制器與系統(tǒng)軟件。本文以開關(guān)磁阻電機(jī)的調(diào)速控制策略及其控制實(shí)現(xiàn)方法為主要研究內(nèi)容，對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)的數(shù)學(xué)模型、功率變換器技術(shù)、控制策略、控制方案的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了全面深入的研究。 全文的研究工作分為五個(gè)部分，第一部分介紹了開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成及基本工作原理，綜述了開關(guān)磁阻電機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、特點(diǎn)及研究動(dòng)向，總結(jié)了開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)存在的技術(shù)問題，提出了本文的研究目的和主要研究內(nèi)容。 第二部分引用并討論了SR電動(dòng)機(jī)的基本數(shù)學(xué)模型和準(zhǔn)線性數(shù)學(xué)模型，然后基于此重點(diǎn)分析了與電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性密切相關(guān)的相電流波形與轉(zhuǎn)子角位移的函數(shù)關(guān)系，最后根據(jù)課題所關(guān)心的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在理論分析的基礎(chǔ)上提出了SR電動(dòng)機(jī)控制方案并進(jìn)行了原理性分析，對(duì)SR電動(dòng)機(jī)各個(gè)運(yùn)行階段的特點(diǎn)進(jìn)行分析并初步提出控制方案。 第三部分對(duì)SR電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)說明，主要包括以LPC2101為核心的控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)，根據(jù)SR電機(jī)的控制特點(diǎn)，盡可能地開發(fā)了LPC2101的硬件資源和軟件資源，使控制系統(tǒng)具有很高的控制精度和靈活性，然后對(duì)功率變換器進(jìn)行了設(shè)計(jì)和制作，分析了各種主電路形式的優(yōu)缺點(diǎn)，采用了新型IGBT功率管作為主開關(guān)元器件，使功率變換器結(jié)構(gòu)得到簡化，設(shè)計(jì)了IGBT的功率驅(qū)動(dòng)電路，并專門設(shè)計(jì)了電壓鉗位電路和諸如過壓、過流保護(hù)等保護(hù)單元，保證了整個(gè)系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行，然后分析了SR電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)位置傳感器檢測電路設(shè)計(jì)、電流及電壓斬波電路設(shè)計(jì)、電流檢測及保護(hù)電路設(shè)計(jì)等。 第四部分主要介紹了系統(tǒng)的總體控制思想，分析了各個(gè)運(yùn)行階段的控制策略，對(duì)控制策略的軟件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并給出了軟件實(shí)現(xiàn)的具體流程圖，直觀地體現(xiàn)了軟件編程思想。最后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究及分析。目前，該控制系統(tǒng)已調(diào)試完畢，基本實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。 本文對(duì)以ARM為控制核心的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，得出了基于有位置傳感器檢測的控制方案。針對(duì)SR電機(jī)的控制特點(diǎn)，充分利用了ARM的硬件資源，采用PID數(shù)字調(diào)節(jié)，發(fā)出相通斷信號(hào)和PWM信號(hào)，并和電流、電壓等保護(hù)信號(hào)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)主功率元件的通斷控制。并且設(shè)計(jì)了相應(yīng)的外圍硬件檢測、保護(hù)、控制及人機(jī)接口電路，使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高；系統(tǒng)的控制軟件設(shè)計(jì)，采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可讀性及可維護(hù)性，實(shí)現(xiàn)了一種電壓斬波和電流斬波控制相結(jié)合的控制方式;結(jié)合系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，開發(fā)了相應(yīng)的軟件模塊，使系統(tǒng)具有完善的保護(hù)和控制性能。 本系統(tǒng)經(jīng)過試驗(yàn)，調(diào)速范圍可達(dá)100～2000轉(zhuǎn)/分，效率較高，性能優(yōu)良，驗(yàn)證了控制思想和控制方法的正確性。

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