本科论文 开关磁阻电机调速系统的研究
滑模变结构控制在开关磁阻电机调速系统中的应用研究
摘
要
开关磁阻电机(SR电机)调速系统(SRD)以其结构简单，容错能力强等众多优点， 使其极具发展潜力。同时，SRD作为一种非线性系统，研究将非线性控制理论应用于 SRD将有重要的意义。本文以滑模变结构控制在开关磁阻电机调速系统中的应用为主 题展开理论和试验研究。主要内容有： 通过实测的电流－磁链数据，拟合了试验样机的最大电感曲线，并在此基础上建 立了SR电机的非线性电感模型。 针对开关磁阻电机的具体特点，设计了基于转速控制的传统滑模速度控制器。同 时考虑到滑模控制中要常使用到加速度，故在系统中引入了加速度估计来提高系统性 能。由于传统滑模控制的高频切换易引起较大抖振，为此本文采用新型无切换的滑模 控制来减小抖振。仿真分析验证了加速度估计和无切换滑模控制的使用对于减小抖振 的有效性。 最后，详细介绍了开关磁阻电机调速系统的软硬件设计，包括滑模控制的软件实 现方法，给出了系统的动稳态试验波形。试验结果表明，采用滑模控制的开关磁阻电 机调速系统具有较好的动稳态特性，验证了理论分析的正确性。 本课题组承担了国家十・五 863 计划电动汽车重大专项：“EQ6110HEV混合动 力城市公交车用电机及其控制系统”(2001AA501421)。本文的研究是在该项目的资助 下完成的。
关键词：开关磁阻电机调速系统(SRD) 滑模变结构控制
调速
加速度估计
I
Abstract
The inherent simplicity and fault tolerance of Switched Reluctance Motor (SRM) Drive (SRD) have made it a great potential drive system. Considering SRD’s nonlinearity, applying nonlinear control strategy to the SRD system will have an important significance. This thesis concentrates on the academic analysis and application of sliding mode control to SRD, and it is composed of following aspects: Base on the measured data of current-flux, the maximal inductance curve was fitted and the nonlinear inductance model was provided for the SRM. According to the characteristics of SRM, this thesis designed a conventional sliding mode speed controller. Acceleration was usually required in the sliding mode control system, so acceleration estimation was introduced to the system. To solve the chattering problem which is aroused by high-frequency switches, the thesis utilized non-switch sliding mode control strategy to minimize chattering. The simulation provide that the use of acceleration estimation and non-switch sliding mode control is effective in minimize chattering. The design of hardware and software was presented in the end, including the software implemented of sliding mode control. had a good performance. Our research team has undertaken the electric vehicle fundamental special project titled “EQ6110HEV Hybrid Power City Bus Electric Motor and Controller” (2001AA501421) of the 863 Program of the “Tenth Five-Year Plan” of China. The research work of this thesis is supported by the project. Keywords: Switched Reluctance Drive (SRD) speed control sliding mode control To demonstrate the correctness of proposed scheme, experiments were carried out. The results showed that sliding mode speed control of SRD
开关磁阻电机调速系统
开关磁阻电机调速系统开关磁阻电机调速系统(Switched Reluctance Driver，简称SRD)是以现代电力电子与微机控制技术为基础的机电—体化产品。
除了具有显著的节能效果外，开关磁阻电机的理论研究和实践证明，它与常用的三相异步电动机相比还有以下优点:1.电机结构简单、坚固，制造工艺简单，成本低，可工作于极高转速；定子线圈嵌放容易，端部短而牢固，工作可靠，能适用于各种恶劣、高温甚至强振动环境；2.起动转矩大，低速性能好，无感应电动机在起动时所出现的冲击电流现象；3.调速范围宽，控制灵活，易于实现各种特殊要求的转矩；λλ 4.在宽广的转速和功率范围内都具有高效率；5.损耗主要产生在定子，电机易于冷却，转子无永磁体，无高温退磁现象；λλ6.转矩方向与电流方向无关，从而可最大限度简化功率变换器，降低系统成本；7.功率变换器不会出现直通故障，可靠性高；λλ 8.能四象限运作，具有较强的再生制动能力；开关磁阻电机调速系统(SRD)开关磁阻电机调速系统(SRD)是当今世界最新、性能价格比最高的调速系统。
它是一种基于改变供电电源频率的调速方式——交流变频调速系统应运而生。
而开关磁阻电机调速系统(又称开关磁阻电机驱动系统)简称SRD系统,是它们中崭新的一种系统,并且已经是智能化和模块化,不仅调速性优越，而且各种保护功能也很完善，已在很多方面大量使用。
这项技术一经问世，便以其宽广的调速范围，良好的机械特性，卓越的启动制动性能，节能，易维护等一系列突出优点而引起电气及其他行业的关注。
SRD系统是磁阻电动机和电力电子技术相结合而产生的一种机电一体化装置,主要由SRM开关磁阻电动机、功率变换器、单片机(或DSP 芯片)、电流及位置检测器等五大部分组成。
其组成与特点： 1.1开关磁阻电动机(Switched Reluctance Motor,简称SRM) 是系统中实现能量转换的部件, 它与传统的磁阻电动机相比，具有本质的区别。
开关磁阻电机调速系统中功率变换器的仿真与研究 毕业论文
……………………. ………………. ………………山东农业大学毕 业 论 文 开关磁阻电机调速系统中功率变换器的仿真与研究 院 部 机械与电子工程学院 专业班级 电气工程及其自动化3班 届 次 20**届 学生姓名 学 号 指导教师 二О**年六月一日 装订线……………….……. …………. …………. ………目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1开关磁阻电机调速系统的发展现状 (1)1.2 开关磁阻电机调速系统的应用领域 (1)1.3 开关磁阻电机调速系统简述 (2)1.3.1 开关磁阻电机调速系统的基本构成 (2)1.3.2 开关磁阻电机调速系统的优缺点 (3)2 开关磁阻电机的基本原理 (4)2.1 开关磁阻电机的基本结构 (4)2.2 开关磁阻电机的基本工作原理 (5)2.3 开关磁阻电机的数学模型 (6)2.5 本章小结 (7)3 开关磁阻电机的功率变换器部分和控制方式 (7)3.1 调速系统功率变换器的要求和特点 (7)3.2 常用的几种功率变换器的电路 (8)3.2.1 不对称半桥电路 (8)3.2.2 每相只有一个主开关管的功率变换器 (9)3.2.3 电容分压型功率变换器 (10)3.2.4 具有最少数量主开关管的功率变换器 (11)3.3 开关磁阻电机的控制方式 (12)3.3.1 角度位置控制(APC)法 (12)3.3.2 电流斩波控制(CCC)法 (13)3.3.3 电压斩波控制(CVC)法 (13)3.4 本章小结 (14)4 Matlab动态仿真 (14)4.1 Matlab工具概述 (14)4.2 Matlab仿真模型 (15)4.3 仿真运行结果 (18)4.4 本章小结 (25)5 总结和体会 (25)5.1 设计总结 (25)5.2 个人体会 (26)参考文献 (27)致谢 (28)ContentsAbstract (II)1 Summary (1)1.1 Development Status Of SRD System (1)1.2 Applications Of SRD System (1)1.3 Switched Reluctance Drive System Description (2)1.3.1 Basic configuration Of SRD System (2)1.3.2 Advantages and disadvantages of SRD (3)2 The basic principle of SRM (4)2.1 The basic structure of SRM (4)2.2 The basic operating principle of SRM (5)2.3 Mathematical model of SRM (6)2.5 Summary (7)3 Power converter and the control mode of SRM (7)3.1 Power Converter requirements and characteristics (7)3.2 Several commonly used power converter circuit (8)3.2.1 Asymmetrical half-bridge circuit (8)3.2.2 Each phase has only one main switch of the power converter (9)3.2.3 Capacitance division type power converter (10)3.2.4 The main switch has a minimum number of power converters (11)3.3 Switched reluctance motor control mode (12)3.3.1 Angle Position Control(APC) (12)3.3.2 Current chopping control(CCC) (13)3.3.3 Chopped V oltage Control(CVC) (13)3.4 Summary (14)4 Matlab Dynamic simulation (14)4.1 Matlab Tools Overview (14)4.2 Matlab Simulation Model (15)4.3 The simulation results (18)4.4 Summary (25)5 Summary and Experience (25)5.1 Design Summary (25)5.2 Personal Experience (26)References (27)To thank (28)开关磁阻电机调速系统中功率变换器的研究与设计（山东农业大学机械与电子工程学院泰安 271018）摘要：本文在综合分析开关磁阻电机工作原理的基础上，着重介绍了开关磁阻电机调速系统中功率变换器的结构和各种形式功率变换器的优点，应用MATLAB 软件建立了开关磁阻电机调速系统的仿真模型。
开关磁阻电动机调速性能的研究
为 电气传 动 领域 的热 门课 题之 一 。 开关 磁 阻电动 机 由电机本 体 、 率变换 模块 、 功 控 制 器 以及 检测 环节 四部 分组 成 ， 随着 微 电 子技 术 和 微 处理器 的发 展 ， 开关 磁 阻 电 动机 控 制 技术 也 得 对
ｉ 曲线大 体保持 水平 。将 图 ２所 示 的 一ｉ 曲线
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１引 言
开 关 磁 阻 电动机 具 有结 构 简 单坚 固 、 子无 绕 转 组、 定转 子无 永磁 体等特 点 。 由于其 很强 的鲁 棒性 ， 灵活 的 四象 限 逻辑 运 行 控 制及 其 宽 调 速 范 围 的优 点， 开关 磁 阻电动 机在 许 多领 域 （ 航 空航 天 、 如 电动
ｐ ａ ｔｃ ｉｙ ｏ ｈｅ ｓ ｈ ｍｅ ｒ ｃｉａ ｔ ｆｔ ｃ ｅ ． ｌ
匮
Ｋ ｙ ｒｓ ｓｉ ｈｄｒｌｃ ｎｅｍ ｔ ；ｄｕｔ ｅｔ ｅｆ ｍ ｅｗｏｄ ： ｔ ｅ ｅｕｔ ｃ ｏ ｒａｊｓ ｎ ｐ ｒ ｒ — ｗｃ ａ ｏ ｍ ｏ
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图 １ 示。 所
后 沿
ｎ ｎｌ ｏｉｏ ｏｔ ｓ ｄ ｄ ｔ ｔｓｓ ｍ ｆ ｔｅ ａｄ ａｇ ｐｓ ｉ ｃｎｒｌ ｐｅ ａｊｓ ｎ ｙｔ ｏ ｈ ｅ ｔｎ ｏ ｅ ｕ ｍｅ ｅ
ｓ ｉ ｈ ｄ ｒ ｌ ｃａ ｃ ｍｏｏ ． Ｔ ｅ ｅ ｕｔ ｒ ｖ ｈ ｖ ｉｉ ｎ ｗ ｔ ｅ ｅｕ ｔ ｎ ｅ ｃ ｔｒ ｈ ｒｓ ｌ ｐ ｅ ｔ ｅ ａ ｄ ｔ ａ ｄ ｓ ｏ ｌ ｙ
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基于DSP28335的开关磁阻电机调速系统研究
０ 引 言
３ 结 语
本Ｓ Ｒ Ｍ调速系统的测试结果表明 ． 光电编码器位置传感器检 测精 确， 转子换 相准确 ， 且转矩脉 动小 、 转速 响应 快 、 启动迅速 且能适应频 繁启动 ： Ｄ Ｓ Ｐ ２ ８ ３ ３ ５主控制 器的快速 调节性 能 ， 保证 了系统 的高速 运 行： 光电编码器位置检测方式 ． 提 高了转 子位置检测精度 。本 Ｓ Ｒ Ｍ 调 速 系统 的环境适应能力 强 、 控制稳定 ． 适 合在频繁启 动场合应用 与推 广。
【 摘 要】 开关磁阻 电机调速 系统是 继变频调速 系统和无换 向器电机调速 系统之后发展 起来的一种新 型调速 系 统。 本文 以高性能电机 控制
芯片Ｄ Ｓ Ｐ Ｆ ２ ８ ３ ３ ５为主控 制器， 配合 Ｈ桥驱动 电路 、 光 电编码器位置检 测方式等外 围电路 ， 实现 了基 于直接 转矩控 制的 Ｓ Ｒ Ｄ调速 系统 。测试结
Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ＆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｖｉ ｓ ｉ ｏ ｎ
科 技 视 界
科技・ 探索・ 争鸣
基于 Ｄ Ｓ Ｐ ２ ８ ３ ３ ５ 的开关磁阻电机调速系统研究
张 芝敏 邱 洁 熊 涛 赵得 荣 （ 安徽 理工 大学 电气 与信 息工 程学 院 ， 安徽 淮南 ２ ３ ２ ０ ０ １ ）
果稳定可 靠， 可 实现正 、 停、 反转运行和无极调 速。 【 关键词 】 开关磁阻 电机； Ｄ ｓ Ｐ Ｆ ２ ８ ３ ３ ５ ； 直接 转矩控制 ； Ｈ桥驱动
电式 位置传感器 的信号 检测结果 ， 来确定 转子 的相对 位置 ， 进而控制 换相顺序 ， 以实现 Ｓ Ｒ Ｍ的持续运行 。光电脉 冲发生器发出的光 电脉冲 开关磁阻电机（ Ｓ Ｒ Ｄ ） 是近年来发展起来 的一种新 型电机 其结构 信号被转子的旋转而影响 ， 形成联通与截断两种效果 ， 即高低电平交替 简单 ， 定 子上只有 简单 的集中绕组 ， 转子上没有绕组Ｉ — Ｉ ， 没有换 向器 ， 可 出现 ， 形成电脉冲信号 ． 根据电脉 冲信号的高低 电平就可以确定转子 的 以做到免维护运行 ． 因此 ． 开关磁 阻电机猾速 系统在各行各业都 具有 实时位置， 从而可以有效确定换相顺序 ， 实现 Ｓ Ｒ Ｍ电机 的连续运 行。 广阔的应用 ２ 直 接 转 矩 控 制 方 式 Ｓ Ｒ Ｍ调速系统的优点主要 体现在以下几个方面 ： １ ） 电机结构 简单 、 成本低廉 、 可用于高速需求 ， 各相之 间工作相互 直接转矩控 制方式 ｆ Ｄ Ｔ Ｃ ） 采用双 闭环结构 设计 ． 内环为磁链 环 ． 独立 ， 系统具有较 高的可靠性 ： 外环为转矩环 磁链 主要是指合磁链 ． 即定子绕组通 电产 生的磁场与 ２ ） 简单可靠 的功率 电路 。 由于开关磁阻电机调速系统 的功率 电路 转子永磁体产生的磁场之 间的相互作用而形成的合磁场 磁链可根据 中每相所需 要的功 率器件较少 ． 并且各 相通 电顺 序决 定 了转 矩 的方 定子绕组通电电流值 而计算得 １ ６ １ ： 转矩是转速 的另一种 体现形式 ． 在 向． 绕组 中电流 只要单方 向即可 ． 因此其功率电路结构 比较简 单 ： 实际运行中 ， 转矩无法直接计算 ． 而是通过查找 “ Ｔ — Ｉ 一 ‘ ｐ ” 关系表格而估 ３ ） 起动转矩较高 ， 而起动 电流较小 ， 在开关磁阻 电机调速 系统 中 ， 算出来的 ． 由于定子绕组 含有 三相 ． 通 电电流也有 三相 ， 形 成的磁链也 只需较小 的起动 电流 ． 就可以得到较大的起 动转矩 ： 就包 含三种磁链值 ， 因此 ， 在磁链 的估算过程 中， 需要将每一 相的磁链 ４ ） 较多 的可控参数 ． 且 良好的调速特性 Ｉ ， 电机运行效率 高 。 损耗 值通过空间坐标 系独立 的表示出来 ． 只有这样才能够估算的更加精确 较 小 然而 。 本设计通过 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ搭建仿真模块 ， 可 以直接得 出转矩值 ． 因此 ， 无需查 表估算 １ Ｓ ＲＭ 硬 件 电路 设 计 Ｓ Ｒ Ｍ 调速系统 的核心部 件 由控制 模块 和检 测模块两 部分构 成 控制模块是整个 系统的驱动动力 ． 主要依靠核 心控制器 ． 所选用 的控 制器必须是高数据处理能力 和高集成度 的电机专用 苍片 经 对 比． 本 设 计选 用 Ｄ Ｓ Ｐ ２ ８ ３ ３ ５主控制芯片 ． 选用电机为四相 ８ ／ ６式 Ｓ Ｒ Ｄ， 功率变 换器为 Ｈ桥驱动 电路 １ ． １ Ｄ Ｓ Ｐ ２ ８ ３ ３ ５主控制器 Ｄ Ｓ Ｐ ２ ８ ３ ３ ５ 具有 １ ５ ０ Ｍ Ｈ ｚ 的高速处理能力 ． 具备 ３ ２ 位浮 点处理单 元． ６ 个Ｄ Ｍ Ａ通道支持 Ａ Ｄ Ｃ 、 Ｍ ｃ Ｂ Ｓ Ｐ和 Ｅ Ｍ Ｉ Ｆ ， 有多达 １ ８ 路的Ｐ ＷＭ输 出和 ｌ ２位 ｌ ６通道 ＡＤ Ｃ． 且用 户可快速编写控制算法 。 １ ． ２ 功率驱动电路设计 功率驱动电路 负责向开关磁 阻电机提供运行所需要 的能量 ， 本文 的Ｓ ＲＤ系统的控制对象为四相 ８ ， ６ 极开关磁阻 电机． 相数为偶数 ， 因此 ． 我们 选择 Ｈ桥功率 驱动 电路作 为 Ｓ Ｒ Ｄ系统的拓 扑结构 ， ＭＯ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ作 为主开关器件 ｌ － ３ 转子位置检测 电路设计 本 系统采用 的是欧姆龙公 司的光电编码器 Ｅ ６ Ｂ ２ 一 Ｃ ＷＺ ６ Ｃ 。Ｄ Ｃ ５ Ｖ 供电． 输 出信号包 括两路 正交脉 冲信号 Ａ 、 Ｂ和一路位置信号 Ｚ Ｉ ， 含有 短路保 护回路设计 ． 具有 高测量精度和稳定性 。 该光 电式位置传感器组成结构包括 ： 光电脉冲发生器 （ 固定 部分 ） 和转盘 （ 转 动部分 与转子 固定部分 ） 组成 。 位置检测的方法是 ： 通过光
开关磁阻电机调速系统研究及MATLAB仿真
开关磁阻电机调速系统研究及MATLAB仿真在开关磁阻电机调速系统中，主要包括开关磁阻电机、功率电子器件
和控制算法三个主要部分。
其中，开关磁阻电机由转子和定子组成，通过
改变定子和转子之间的磁阻能够实现转速的调节。
功率电子器件用于控制
电机的输入和输出电力，常用的有IGBT、MOSFET等。
控制算法主要用于
实现对电机的调速控制，常用的方法有PID控制、模糊控制等。
在进行MATLAB仿真时，需要建立相应的数学模型。
首先需要将电机
的转动方程和电磁方程建立起来，然后根据电机的特性进行参数设置和仿
真实验设计。
可以通过MATLAB的仿真工具箱来实现对开关磁阻电机调速
系统的仿真，该工具箱提供了丰富的函数和算法，能够方便地进行系统建
模和仿真。
在进行仿真实验时，可以通过改变不同的参数来观察系统的动态响应。
例如，调整PID控制器的参数以改变电机的调速性能，通过观察电机的转
速和转矩变化情况来评估调速系统的性能。
同时，还可以分析电机控制系
统的稳定性、鲁棒性等，并对系统进行优化。
总之，开关磁阻电机调速系统的研究和MATLAB仿真是提高电机性能
和控制精度的重要手段。
通过建立数学模型和进行仿真实验，可以对系统
进行分析和优化，为实际应用提供参考和指导。
同时，也为开关磁阻电机
的进一步研究和应用奠定了基础。
开关磁阻电机研究的背景及意义
开关磁阻电机研究的背景及意义一、项目目的与意义开关磁阻电机设计及其在矿山机械中的应用研究项目属于《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》中工业节能（机电产品节能）、基础件和通用部件的重点支持领域，同时符合《湖南省加快培育和发展战略性新兴产业总体规划纲要》高效节能制造产业中节能电机重点发展领域。
开关磁阻电动机(SRD)调速系统是基于计算机和电力电子技术的控制器及开关磁阻电动机的新型调速系统，由开关磁阻电动机与微机智能控制器两个部分组成。
开关磁阻电动机调速系统的突出特点是效率高、节能效果好、调速范围广、无启动冲击电流、启动转矩大、控制灵活，此外还具有结构简单、坚固可靠、成本低等优点。
除可以取代已有的电气传动调速系统(如直流调速系统、变频调速系统)外，开关磁阻电动机调速系统还十分适用于矿山井下机电设备需要重载启动、频繁启动、正反转、长期低速运行的应用场合，如无极绳牵引车、电牵引采煤机、刮板输送机等。
据有关资料统计，我国煤矿辅助运输职员约占井下职工总数的1/3，且矿井每采百万吨煤需要1200 ~ 1500名职工从事辅助运输，用工量是发达国家的7 ~ 10倍。
其主要原因就是我国煤矿辅助运输系统落后，效率太低，大多数煤矿的辅助运输系统仍然是小绞车、小蓄电池机车等多段分散落后的传统方式，严重影响矿井生产效率和煤矿安全生产。
随着当前大中型矿井的建设，矿井辅助运输设计与选型是矿井建设的重要课题之一，提高矿井辅助运输的装备水平对确保矿井生产产量进步具有极其深远的意义。
目前，我国矿用机械交流电动机采用较多的调速方式主要有交流变频调速和开关磁阻电动机调速。
交流变频技术硬件成本较高、控制电路复杂且不宜进行维护和维修，特别是国内的公司现在还未能很好地掌握变频器核心技术，产品基本上依靠国外进口，不能针对矿井特殊的应用条件将变频器加以改进和设计，较难适应矿用要求。
开关磁阻电动机调速系统作为后起之秀，具有伺服系统的高性能和普通调速系统的价格，性价比非常高，这是交流变频调速系统根本无法比拟的，SRD和变频调速的综合效率比较如下表：表1 SRD和变频调速的综合效率比较转速/ r·min-1调速类型不同转矩负载率下的效率30% 60% 100%300SRD变频调速66.3%52.2%68.8%60.6%76.3%71.9%600SRD变频调速83.6%75.0%86.1%83.1%86.7%82.4%1000SRD变频调速83.4%77.0%87.5%86.0%90.0%85.9%1500SRD变频调速85.6%75.0%89.7%85.9%89.0%87.3%开关磁阻电机调速系统作为我国节能电机领域中重点推广的发展技术，还关系着我国民族产业的兴旺发展。
毕业设计(论文)PPT答辩-开关磁阻电机调速系统设计
• (3)了解采用TMS320F2407设计控制器的硬 件电路，结构和功能。
• （4）应用matlab在SR电动机进行电机的性 能仿真。
一：开关磁阻电机的原理
• 1.1：SRD的基 本结构
3.2：基于DSP的SRD系统硬件结构 框图
3.3：DSP软件整体流程图
四：系统仿真
• 4.1：仿真模型与分析
电流滞环模块
功率变换半桥模块 位置角转换模块
4.2：仿真结果
相转矩波形 相电流波形
结论
• 在这篇论文中，详细描述了SRM驱动系 统的变速仿真的有效动态模型，提出的模 型具有普遍性，它由几个子模块组成。因 此，它很容易被修改，可以应用于任何相 数的SRM电机。仿真结果表明，双闭环复合 控制方法的设计既适合瞬时状态又适合稳 定状态。这种模式是理想模式，验证了在 各种应用范围内SRM驱动系统在稳态和暂态 期间的不同的控制算法。
致谢
• 最后感谢各位领导从百忙之中抽空为本人 答辩，谢谢你们。
2 二：系统主ຫໍສະໝຸດ 路• 2.1：系统结构 框图如下
2.2：主回路方案图 请输入内容
三：开关磁阻电机调速系统
的设计
• 3.1：SRD硬件系统结构概述
• 系统的硬件电路是整个调速系统的重 要组成部分，它应能准确、快速的检测整 个系统中所有物理量的检测、计算、判断 和处理，并且能完成通讯、显示等功能。 本文的调速系统主要包括三相（6/4）开关 磁阻电机、功率变换器、位置检测电路、 电流检测电路、以TMS320LF2407为核心的 控制器、液晶显示电路以及键盘输入电路 等。下面将详细介绍各个部分的功能以及 器件的选用。
开关磁阻电机调速系统控制软件的优化研究
５ 结 语
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将 软 件 测 试 的 方 法 用 于 ＳＲＭ 控 制 软 件 的 测试 之 中 ，能 够 ０ ９ ８ ７ ６ ５ ４ ３ 修复原软件的实时和时序冲突缺 陷，重新改写并扩展软 件的功 能 ；硬件选择不对称半桥结构功率变换器作为主 电路 的开关器 件 ，从 降低成本和功耗 的角度考虑用逻辑 电路作 为单 片机的扩 展接 口，由实验 可知 重新 设计 的控制 系统 性能确 实有 极 大提 高 。
ｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ａｕｄｉｏ，
Ｅｃ］，２００８ Ｌ４ｊ Ｍａｃａｒｉｕ Ｇ，Ｃｒｅｔｕ Ｖ．ＴＩｍｅｄ Ａｕｔｏｍａｔａ Ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｖ
Ｂａｓｅｄ Ｒｅａｌ—Ｔｉｍｅ ＳｙｓｔｅｍｓｒＡ］． ２０１０ １７ｔｈ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃ ｏ ｎｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｗ ｏｒｋｓｈｏｐｓ ｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｂａｓｅｄ
Ｖａ１ｉｄａｔｉｏｎ（ＩｃｓＴ）［Ｃ］，２０１０ ［６］ Ｒｏｔｉｔｈｏｒ Ｈ．Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ Ｔａｓｋ
Ｓｈａｒｉｎｇ Ｐｅｒｆｏｒ ｍ ａｎｃｅ ｉｎ ａ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．
ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｓｔｒｕｍ ｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍ ｅａｓｕｒｅｍ ｅｎｔ。 １９９２，４１（４）：３１６～ ３２１
Ｓｙｓｔｅｍｓ（ＥＣＢＳ）Ｅｃ］，２０１０ Ｅｓ］Ｆｅｌｉａｃｈｉ Ａ，Ｌｅ Ｇｕｅｎ Ｈ．Ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｆｏｒ
Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｍｏｄｅｌ—Ｂａｓｅｄ Ｔｅｓｔ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ［Ａ］．２０１０ Ｔｈｉｒｄ Ｉｎ—
开关磁阻电机调速系统控制器的研究
图 ２ ＳＲＤ功率 变换 器原理图
１．２ 运 行 特性及 运行 状态 控制 根 据改 变 控制 参数 的不 同方 式 ，ＳＲＭ 有 ３种控
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２２期
付 光杰 ，等 ：开关磁阻电机调速系统控制器 的研究
５８８７
制模 式 ，即角 度 位 置 控 制 （Ａｎｇｌｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ，简 值作为电流指令 ，再与电流传感器测出的实际电流
是 ，对 于 每一 个 由转 速 与 转 矩 确 定 的 运行 点 ，开 通
角 与关 断角有 多种 组 合 ，每 一 种 组合 对 应 不 同 的稳
态性能 ，因此要根据 诸如 ：电磁功率 、效率、转 矩脉 动及 电流 有效值 等 不 同的 电机 运 行 性 能 指 标 ，确 定 相应 的 开关角选 择 准 则 ；ＣＣＣ一 般 应用 于 电机 低 速 区 ，是 为 限制 电流超 过 功 率 开 关元 件 和 电机 允 许 的 最大 电流 而采取 的方 法 ，ＣＣＣ实 际上 是 调 节 电压 的 有效 利用值 ，与 ＡＰＣ类 似 ，它也 可 以随转速 、负载 要 求调 节开关 角 ；ＶＣ是 在 固定 的开 关 角 条 件 下 ，通 过 调节 绕组 电 压控 制 电 机 转 速 ，它 分 直流 侧 ＰＷＭ 斩 波调 压 、相 开 关 斩 波 调 压 与 无 斩 波 调 压 ，而 无 斩 波 调压是 通过 调节 整 流 电压 以 响应 电机转 速要 求 ，在 整个速 度 范围 内只有一 个 运行模 式 ，即单 脉 冲方式 。
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开关磁阻电机调速系统设计摘要开关磁阻电动机调速系统（Switched Reluctnce Drive，简称SRD）是由开关磁阻电动机、电力电子开关电路及驱动控制部分组成的高性能调速系统。
开关磁阻电机具有结构简单坚固、成本低、容错能力强、调速范围宽、低速转矩大、起动电流小、转速精度高、耐高温、可频繁起动制动等优点，又在高度发展的电力电子和微机控制技术的支持下获得了良好的可控性能。
因此，开关磁阻电机在驱动调速领域得到了广泛的应用。
本文首先介绍了课题研究背景和意义。
给出了开关磁阻电机控制系统的组成、运行原理和控制方式。
给出了开关磁阻电机的控制策略。
在Matlab/Simulink 交互式仿真集成环境下，对开关磁阻控制系统进行了建模、仿真及分析。
接着，给出了开关磁阻控制系统的硬件、软件设计方案。
主要包括：DSP TMS320LF2407最小系统、位置检测电路、电流检测电路、键盘和显示电路、上位机通信接口及电源系统、系统主程序、各模块初始化子程序、各功能子程序和各中断服务子程序等。
最后，以三相6/4 结构小功率开关磁阻电机作为执行元件，给出了仿真结果。
关键词：开关磁阻电机；TMS320LF2407；位置检测；电流检测Switch the resistance of electrical machinery velocitymodulation system designABSTRACTSwitched Reluctance Drive system is a high performance system, which is composed of Switched Reluctance Motor, Power electronic switching circuit and controller. Switched Reluctance Motor has not only low cost , strong structure, good fault-tolerant，wide range speed modulation , low starting current, high speed accuracy, high temperature, and it can be started or stopped frequently, but also excellent controllability based on the electric and mircrocomputer . Thus, Switched Reluctance Motor is widely used in drive and speed adjustment field.Firstly, the background and significance of the project were given. The structure of the position control system of SRM was given.The operational principle and control modes of SRM were discussed. The output torque could be indirectly controlled by the rotor angular acceleration closed-loop control of SRM. The position control strategy was also presented .In the Matlab/Simulink interactive simulation integrated environment, module construction, simulation and analysis of control system of SRM were given. And then, the hardware and software of control system of SRM were designed. The design of hardware mainly includes the least system of DSP TMS320LF2407, the position detection circuit,the current detection circuit,the keyboard and display circuit，the communication interface of upper computer and the power system.Thedesign of software mainly includes the main procedure, the modules initialization subroutines, the subroutines and the interrupt service subroutines. Finally, the experiment system was established with a three–phase 6/4 structure lowpower SRM prototype as action element.The simulation results were given.Keywords: switched reluctance；DSP；TMS320LF2407；control目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1 前言 (1)1.2 开关磁阻电机调速系统的研究历史和发展方向 (1)1.2.1 开关磁阻电机调速系统的发展概况 (1)1.3 开关磁阻电机调速系统的概述 (2)1.3.1 SRD的基本结构 (2)1.3.2 SR的特点 (3)1.3.3 SRD的应用 (4)1.4本课题的主要任务 (4)2 开关磁阻电机的原理 (5)2.1 开关磁阻电机的基本结构及工作原理 (5)2.1.1SR电机的基本结构 (5)2.1.2 开关磁阻电机的工作原理 (5)2.2 开关磁阻电机的数学模型 (5)2.2.1绕组电感分段线性解析式 (6)2.2.2 SRM的相电压方程 (6)2.2.3 磁链方程 (7)2.2.4 绕组电流的分析 (7)2.2.5 转矩转速的控制 (8)2.3 SR电机基本控制方式 (8)3 系统主电路 (12)3.1 系统整体框架 (12)3.2 SRM功率变换器 (12)3.2.1主回路方案 (13)3.2.2 IGBT主开关管参数计算 (14)3.3 IGBT驱动电路 (15)3.4 电流检测装置 (15)3.5 位置检测 (16)4 开关磁阻电机调速系统的设计 (17)4.1 开关磁阻电机调速系统的硬件设计 (17)4.1.1 SRD硬件系统结构概述 (17)4.2 基于DSP的SRD控制器 (17)4.2.1 基于DSP的SRD系统硬件介绍 (17)4.2.2 控制策略 (18)4.3 软件设计 (19)4.3.1主程序的设计 (20)4.3.2 功能子程序设计 (20)4.3.3 子程序显示 (20)4.3.4中断子程序设计 (21)5 开关磁阻调速电动机系统仿真研究 (23)5.1 SRM的控制方案 (23)5.1.1 电流斩波控制 (23)5.1.2 角度位置控制 (23)5.1.3 电压PWM控制 (23)5.2 电压PWM控制方案下SRD仿真模型的建立 (23)5.3 仿真模型与分析 (24)5.4 仿真结果 (26)6 结论 (31)致谢 (32)参考文献 (33)附录A 外文翻译—原文部分 (34)附录B 外文翻译—译文部分 (41)江西理工大学应用科学学院毕业设计1 绪论1.1 前言21世纪，世界的能源问题越来越严重。
开关磁阻电机调速系统
开关磁阻电机调速系统（简称SRD系统）是一种新型的无级交流调速系统，它兼有交直流调速系统的优点，①电机结构简单坚固，免维护，调速方便，性能可靠，可以频繁起制动、正反转，电机不怕热。
②电机起动转矩为额定转矩的150%，而起动电流仅为额定电流的30%。
③电机空载电流仅为额定电流的1%。
④电机特有断电制动功能，避免床面冲出工作台。
诸多的优点使其在多种调速方案中脱颖而出，在诸如龙门刨床频繁正反转起制动的机械上应用，效果尤为突出。
2005年10月，国家发改委、科技部、国家环保总局联合发布节能指导文件，已把开关磁阻电动机调速系统作为节能产品进行推广，在市场上已经得到认可，其节能降噪，提高可靠性等优点已经得到广大改造用户的赞扬和肯定。
开关磁阻调速电动机系统开关磁阻电机系统是一种机电一体化节能型调速电机系统。
开关磁阻电机的原理遵循“磁阻最小的原理”磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，因而磁场扭曲而产生磁阻性质的电磁转矩，开关磁阻电机系统是由开关磁阻电动机、功率变换器及控制器组成。
同传统的直流及交流电机调速系统比较，具有以下优点：电机结构简单、坚固、制造成本低；效率高，不仅在额定输出状态下，而且在宽广的调速范围内也能保持高效率运行；一般系统效率达80%以上；启动转矩大、启动电流小；制动性能好，能实现再生制动，节约电能效果显著；系统调控性能好，可实现四象限控制灵活控制；维护方便，具有无刷结构，适合于在高粉尘、高速、易燃易爆等恶劣环境下运行；可以在各行各业应用。
下运带式输送机用开关磁阻电动机调速系统的研究
目前 我 国煤矿 下运 带式输 送设 备采 用 的调速 系 统方 案 主要 包 括 以下几种 ：
速度 较快 ，ｒｉｕ 总 线通信 实 时性强 、 Ｐｆｂ ｓ ｏ 传输 率 高 、 成
本 低 。二 者结合 可 实 现 精度 较 高 、 时性 强 的模 拟 实
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｓ： ｄ
ｄ ｗｎ ｒ ｅ ｔｃ ｎ ｅ ｏ ；ｆ ｕ — ｕ ｄ ａ ｔｏ ｒ ｔｏ ｏ ｗａ ｄ ｂ ｌ ｏ ｖ ｙ ｒ ｏ ｒｑ ａ ｒ ｎ ｐｅ ａｉ ｎ；ｓ ｔｈ ｄ ｒ ｌ ｔ ｎ ｅ ｍｏｏ ；ｐ ｗｅ ｕｔｇ ｒ ｋ ｗｉｃ ｅ ｅｕｃａ ｃ ｔ ｒ ｏ ｒｏ ａ ｅ ｂ ａ ｅ
时， 利用 开关磁 阻 电动机 响应快 的特 点 ， 以有 效解决 多机 同步调速运行 时负载分 配不均衡 的问题 。 可 关键 词 ： 下运 带式 输送机 ；四象 限；开 关磁 阻 电动机 ；断 电制动
中 图分 类 号 ：Ｍ３ ２ Ｔ ５ 文献标 识 码 ： Ａ 文 章编 号 ：０ １ ８ ４ ２ １ ）３— ０ ７— ４ １０ —０ ７ （ ０ ２ ０ ０ ２ ０
２１ ０ ２年第 ３ 期
煤
矿
机 电
・ ７・ ２
下 运 带 式 输 送 机 用 开 关 磁 阻 电动 机 调 速 系 统 的研 究
丁金 龙 ， 张文发
（ 京 中纺 锐 力 机 电有 限公 司 ， 京 １１０ ） 北 北 ０ １２
摘 要 ： 分析 了下运 带式输送机 用调速 系统 的特 点， 对 下运 带式 输送机使 用 中的 问题 ， 出一种 针 提 具有 断 电制 动功能 的开 关磁 阻电动机 调 速装 置技 术 方案 ， 决 下运输 送 带断 电溜车 的技 术难题 。 同 解
适应锚机工况要求的开关磁阻电机调速系统的研究
体， 只在 定 子 齿 极 上 绕 有 集 中绕 组＿ 。开 关 磁 】 ｑ］
阻 电机 用作锚 机 电动机 具有 如下 优点 ：
（） １ 电机 结构 简单 ， 性能 可靠 ， 冗余 度 高 ， 用 适
收 稿 日期 ： ０ １ ９ ６ ２ １ —０ —２ 作者简介 ： 张 芊 ， ， 师， 士 ， 女 讲 硕 主要 研 究 方 向 ： 电力 电 子 与 电 气 传 动 。 ３ ９
从 图 ２可 以看 出 ， 起锚 ５阶段对 转速 、 转矩 都 有 各 自的 要 求 。下 面 针 对这 ５个 阶 段 的 工 况 要 求 ， Ｓ Ｄ 系统选 择 适 当 的控 制策 略 。Ｓ 电 机 为 Ｒ Ｒ 转 速 的 可 控 量 一 般 有 加 于 相 绕 组 两 端 的 电 压
处理 速度指 令 、 速度反 馈信 号及 电流传感 器 、 置 位 传感 器 的反馈 信 息 ， 制 功 率 变换 器 主 开关 的通 控 断 ， 现对 Ｓ 电动 机 运 行 状 态 的控 制 。现 在 控 实 Ｒ
示。
较 为 明显 ， 并不 会 影 响锚 机 这 一类 设 备 的正 常 但
作 业 。功率 变换 器 是 电源 和 Ｓ 电 动 机 的接 口， Ｒ
在 控制 器 的控 制 下起 开关 作 用 ， 绕组 通 电或 断 使
电， 同时为绕 组 储 能 提供 能 量 回馈 的路 径 。常 见 主 电路形 式 有 双 开关 型 、 双绕 组 型 、 容分 压 型 、 电 Ｈ 桥 型 和公 共 开 关 型 主 电路 等 。功 率 变换 器 主
锚机 是船 舶 重 要 的 甲板 机 械 之一 ， 主要 承 它
于环 境恶 劣和 大功 率 的场 合 ；
（） ２ 电机 可控 参 数 多 ， 速性 能 好 ， 以方 便 调 可
开关磁阻电动机的应用及其发展论文
开关磁阻电动机的应用及其发展阅读报告姓名：--- 班级：机自XS1101班学号：------------前言：开关磁阻电机（SRD）是上世纪80年代初随着电力电子、微电脑和控制技术的迅猛发展而发展起来的一种新型调速驱动系统，具有结构简单、运行可靠及效率高等突出特点，成为交流电机调速系统、直流电机调速系统和无刷直流电机调速系统的强有力的竞争者，引起各国学者和企业界的广泛关注。
开关磁阻电动机调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是集现代微电子技术、数字技术、电力电子技术、红外光电技术及现代电磁理论、设计和制作技术为一体的光、机、电一体化高新技术。
英、美等经济发达国家对开关磁阻电动机调速系统的研究起步较早，并已取得显著效果，产品功率等级从数瓦直到数百千瓦，广泛应用于家用电器、航空、航天、电子、机械及电动车辆等领域。
中国对开关磁阻电动机调速系统的研究与试制起步于20世纪80年代末90年代初，取得了从基础理论到设计制造技术多方面的成果与进展，但产业化及应用性研究工作相对滞后。
正文：一．SRD电机在纺织机械中的应用(1)在印染行业的应用在印染行业中,筒纱染色的均匀性在工艺被决定了之后，主要就取决于筒子染色机输送染液的主泵对流量流速的控制与选择。
由于纱线品种的多样性，不同纱支所需的流量流速存在着差异，即使是同一种纱线若捻度不一样也需要主泵对流量流速进行选择。
早期的筒子染色机必需由工人凭借经验来操作，20世纪90年代有了交流变频器就可以通过染缸内外差的检测与反馈信号调节主泵转速来解决，现在有了SRD电动机调速系统完全可以利用它取代交流变频器。
这是因为SRD电机调速系统在与 PLC编程控制装置结合之后其染液流量流速状态更容易被控制，在任何情况下都能给出一个合理数值，同时电子元器件也不再受温度与湿度的干扰，这样也就确保了运行的稳定性，同时还解决了电机在潮湿环境里运行的问题。
（2）在化纤行业中的应用在化纤行业，其关键工序之一是将熔融的化纤材料在恒压下，由微孔喷出冷却成丝。
开关磁阻电动机调速系统的使用维护研究与探讨
开关磁阻电动机调速系统的使用维护研究与探讨开关磁阻电动机调速系统是最新一代调速系统，自在望田煤业使用该型采煤机以来，根据现场使用存在的问题，通过加工电控试验平台和改进传感元件，解决了处理事故时间长和事故多发问题，实践证明，开关磁阻电动机性能的优异及特点。
标签：开关磁阻电动机；维护和保养；应用研究0 引言开关磁阻电动机（简称SRD）是一种新型调速电机，调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速系统。
它的结构简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高。
开关磁阻电动机（SRD）是一种新型的调速电机，兼具直流和交流调速系统两种调速系统的优点，该变频调速系统，是最新一代的无刷直流电机调速系统无极调速系统。
其特点是结构简单、强大、宽调速和速度控制性能很好，其优点是在整个速度范围宽、效率及系统可靠性高。
MWG200/500-CD型开关磁阻式电牵引采煤机就是采用“SRD”调速系统，其特点是起动扭矩大，过载能力强，效率高，能重载频繁启动和换向，电机不怕闷车等优点。
1 开关磁阻电机的工作原理开关磁阻电动机驱动系统主要由开关磁阻电机（SR），电源转换器，控制器，转子位置检测器四个主要部分组成。
控制器包含控制电路和电源转换器，转子位置传感器安装在电机的一端。
整流电路将380 v交流电变成直流电（dc）电源。
电源转换器SR电机提供能量所需的操作。
中央系统，控制器SR电机运行状态的控制系统。
控制器是系统中枢，实现对SR电动机运行状态的控制，控制器必须借助从位置传感器获得的转子位置信息控制器从位置传感器的转子位置信息，以确保在正确的时刻打开或关闭相应的相绕组。
开关磁阻电机（SR）是SRD实现机电能量转换组件，也是SRD不同于其他电机驱动系统的主要标志。
SR电动机的工作原理遵循“磁阻最小原理”——“总是沿着磁封闭的阻力最小的路径，并有一定的形状在移动最小核心位置时，必使主轴线与磁场的轴线重合。
电子论文-开关磁阻电机调速系统研究及MATLAB仿真
1.2.3 SRD系统的特点和优点
SRD调速系统之所以被越来越多的人所关注，是因为其本身有许多自己的特点和优点。
(1)SR电机结构简单、优点多
SR电机是将电能转化为机械能的装置，其突出的优点是电机无碳刷和换相器，转子上没有任何形式的绕组，制造成本低且转子的机械强度高，使得电动机可高速运转而不致变形；另外转子转动惯量小，易于加、减速。在定子方面，它只有几个集中绕组，线圈嵌装容易，端部短而牢固，因此制造简便，绝缘结构简单，并且发热大部分在定子，易于冷却；其次，电机转矩方向与相电流方向无关，在宽广的转速和功率范围内均具有高输出和高效率 ；最后，电机启动转矩大，可靠性高，能适用于危险的环境，且控制方式很灵活。
开关磁阻电机论文
开关磁阻电机论文电气1284班12号齐治平1.概论开关磁阻电机是一种新型调速电机，调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速系统。
它的结构简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高。
主要由开关磁阻电机、功率变换器、控制器与位置检测器四部分组成。
控制器内包含控制电路与功率变换器，而转子位置检测器则安装在电机的一端。
其电机部分由于是运用了磁阻最小原理，故称为磁阻电动机，又由于线圈电流通断、磁通状态直接受开关控制，故称为开关磁阻电动机。
2.运行特性开关磁阻电机结构简单，性能优越，可靠性高，覆盖功率范围10W~5MW的各种高低速驱动调速系统。
使的开关磁阻电机存在许多潜在的领域，在各种需要调速和高效率的场合均能得到广泛使用（电动车驱动、通用工业、家用电器、纺织机械、电力传动系统等各个领域）。
优点◆其结构简单，价格便宜，电机的转子没有绕组和磁铁。
◆电机转子无永磁体，允许较高的温升。
由于绕组均在定子上，电机容易冷却。
效率高，损耗小。
◆转矩方向与电流方向无关，只需单方相绕组电流，每相一个功率开关，功率电路简单可靠。
◆转子上没有电刷结构坚固，适用于高速驱动。
◆转子的转动惯量小，有较高转矩惯量比。
◆调速范围宽，控制灵活，易于实现各种再生制动能力。
◆并具频繁启动（1000次/小时），正向反向运转的特殊场合使用。
◆且启动电流小，启动转矩大，低速时更为突出。
◆电机的绕组电流方向为单方向，电力控制电路简单，具有较高的经济性和可靠性。
◆可通过机和电的统一协调设计满足各种特殊使用要求。
缺点◆其工作原理决定了，如果需要开关磁阻电机运行稳定可靠，必须使电机与控制配合的很好。
◆因其要使用位置传感器，增加了结构复杂性，降低了可靠性。
◆对于电机本身而言，转矩脉动大是其固有的缺点；在电机远离设计点的时候，转矩脉动大会体现的更加明显。
◆如果单纯使用电流斩波或最优导通角控制方法，对其转矩脉动的改善不是很大，需要加入更加复杂的算法。
开关磁阻调速电动机毕业设计
本科毕业设计（论文）资料第一部分设计说明书摘要开关磁阻作为一种新型调速驱动系统，开关磁阻电机以其结构简单、低成本、高效率、优良的调速性能和灵活的可控性，愈来愈得到人们的认可和应用。
目前已成功应用于在电动车用驱动系统、家用电器、工业应用、伺服系统、高速驱动、航空航天等众多领域中，成为交流电机调速系统、直流电机调速系统和无刷直流电机调速系统的强有力竞争者。
开关磁阻电机在驱动调速领域得到了广泛的应用，同时也在发电领域内受到越来越多的重视，引起了不少专家、学者的兴趣。
本文首先介绍了开关磁阻电机调速系统(SRD)的发展史、优点、研究方向以及应用，状况，并对开关磁阻电动机的特点和电磁原理进行了阐述，从基本的电磁规律出发，说明SRD的原理及相关理论。
并利用数学模型建立SRD系统的模型、SRM的模型、电流控制器模型、逆变器模型、角度控制模型，并通过MATLAB进行仿真，比较分析仿真波形与理想数学模型的差距。
关键词：开关磁阻电机数学模型ABSTRACTSwitch magnetoresistance, as a kind of new speed drive system, switch reluctance motor with its simple structure, low cost, high efficiency, high speed and flexibility of controllability, more and more get recognized by people and application. Currently has been successfully used in electric vehicle drive system, household appliances, industrial application, servo system, high-speed drive, aerospace, etc, become ac motor speed control system, dc motor speed control system and brushless dc motor control system of strong competitors. Switch reluctance motor driving speed in the field has been widely used in power, but also more and more field, caused a lot of experts and scholars of interest.This paper first introduces a switched reluctance motor speed control system (SRD) history, advantages, research direction and application,Condition, and the SRM features and electromagnetic principle, from the basic laws of electromagnetic, the principle and the related theory SRD). Using the mathematic model and the model, SRM SRD system model, the current controller model, inverter model, the Angle control model, and through MATLAB simulation and comparison analysis and simulation of the ideal mathematical model.Keywords:SRG, The mathematical model目录第1章绪论 (1)1.1 开关磁阻调速电动机发展简介 (1)1.2 开关磁阻电机的特点 (2)1.3 开关磁阻调速电动机的研究动向及应用 (3)第2章开关磁阻电机的基本机构及工作原理 (6)2.1 开关磁阻电机的基本组成环节 (6)2.1.1 功率主开关器件 (7)2.1.2 功率变换拓扑电路 (7)2.1.3 控制器 (10)2.1.4 位置检测 (11)2.1.5 电流检测 (12)2.2 SR电机的工作原理 (12)第3章开关磁阻电机控制策略 (15)3.1 角度位置控制 (15)3.2电流斩波控制 (15)3.3电压PWM控制 (16)3.4单相起动方式 (17)3.5双相起动方式 (18)第4章开关磁阻电机数学模型的建立 (19)4.1 开关磁阻电机的数学模型 (19)4.1.1建立模型常用的方法 (19)4.1.2 S R电机的方程 (20)4.2 SR电机系统的线性分析 (23)4.2.1电感与转子位置角的关系分析 (23)4.2.2基于线性模型的绕组电流分析 (24)4.3电磁转矩的分析 (28)4.4转速的控制 (28)4.5基于非线性电感特性的SR电机的数学模型 (29)4.5.1 绕组非线性电感特性研究 (29)4.5.2 S R电机的非线性数学模型 (30)第5章开关磁阻电机调速系统MATLAB/SIMULINK仿真 (34)5.1 SRD调速控制策略的研究 (34)5.1.1 S R电机的运行特性 (34)5.1.2控制策略 (36)5.2 SRD的仿真研究 (37)5.2.1 逆变器模型 (38)5.2.2 SR电机模型 (38)5.2.3 SRD系统模型 (39)5.2.4 电流控制器模型 (40)5.2.5 角度控制模型 (40)5.2.6 仿真结果与分析 (41)结论 (44)参考文献 (45)致谢 (46)第1章绪论1.1 开关磁阻调速电动机发展简介开关磁阻调速电动机(The Switched Reluctance Drive, 以下简称SRD)最早可以追溯到1970年，英国Leeds大学步进电机研究小组首创一个开关磁阻电机雏形。
基于单片机的开关磁阻电机调速系统的研究
电工电气 (2011 No.3基于单片机的开关磁阻电机调速系统的研究摘要 :介绍了开关磁阻电机调速系统的组成,以 MC 9S12DG128BV 单片机为控制器核心,设计并搭建了开关磁阻电机调速系统实验平台,利用改进的模糊 PI 控制策略实现转速闭环控制,以使不同负载情况下电机具有良好的调速功能。
实验结果显示, 该系统具有良好的动态和静态特性, 满足设计要求。
关键词 :开关磁阻电机 ; 模糊 PI 控制 ; 调速中图分类号 :TM33 文献标识码 :A 文章编号 :1007-3175(201103-0012-05朱莉莉,谢方南,刘俊纯(中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州 221008Abstract: Introduction was made to the composition of a switched reluctance motor (SRM speed regulation system with MC9S12DG128BV microcontroller unit as its control core. The experimental platform of the SRM speed regulation system was designed and built. The im-proved fuzzy PI control strategy was used to achieve rotation speed closed loop control so as to make the motor keep good speed regula-tion functions under different load conditions. Experimental results show that the system meets design requirements with good dynamic and static characteristics.Key words: switched reluctance motor; fuzzy PI control; speed regulationZHU Li-li, XIE Fang-nan, LIU Jun-chun(School of Information and Electrical Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221008, ChinaStudy on Switched Reluctance Motor Speed Regulation SystemBased on Microcontroller作者简介:朱莉莉(1985- ,女,硕士研究生,研究方向为开关磁阻电机及其控制。
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1 前言1.1开关磁阻电机调速系统的概况磁阻式电动机诞生于160年前，但在此后漫长时期内，它一直被认为是一种性能不高的电动机，故只应用于少数小功率场所。
通过最近约20年问的研究和改进设计工作，使磁阻式电动机的性能不断提高，目前已能在较大的功率范围内使其性能不低于其它型式的电动机。
七十年代初，美国福特电动机(Ford Motor)公司研制出最早的开关磁阻电机调速系统(Switched Reluctance Drive)。
其结构为轴向气隙电动机、晶闸管功率电路，具有电动机和发电机运行状态和较宽范围调速的能力，特别适用作蓄电池供电的电动车辆传动。
七十年代中期，在工业部门的促进下，英国里兹(Leeds)大学和诺丁汉(Nottingham)大学组成一研究小组，共同研制以传动电动车辆为目标的开关磁阻电动机调速系统。
小组在该系统的理论研究和实践方面做了大量工作，他们研制的样机容量从10W至50kW，转速从750rpm至10，000rpm，其系统效率和电动机利用系数等主要指标达到或超过了传统传动系统。
随后以研究小组为基础成立了开关磁阻电动机调速系统公司(Switched Reluctance Drives Ltd．)，以经营其研究成果。
1981年英国TASC公司(TASC Drives Ltd．)获准制造该系统，并于1983年推出商品名为Oulton的通用调速系列产品，其容量范围为4-22kW。
该产品的出现在电气传动界引起不小的反响。
因为其确实在很多性能指标上达到出人意料的高水平，整个系统的综合性能价格指标达到或超过了工业中长期广泛应用的一些变速传动系统。
开关磁阻电动机调速系统的出现不仅为工业、交通、国防及家用电器等部门提供了一种极其优越的调速系统，而且也因其具有的典型机电一体化结果丰富了“机械电子学”的成功实例。
因此1983年后在国际范围内迅速掀起开关磁阻电机研究开发热，并持续至今不断发展，其产品推广领域不断扩大。
我国对开关磁阻电机调速系统的开发研究开始于1984年，现已有大批高等院校、科研院所、生产企业从事开关磁阻电机调速系统的开发研究工作，在借鉴国外经验的基础上，国内对开关磁阻电机调速系统的开发研究尽管起步较晚，但是起点较高，研制目标基本都集中在较为成熟的三相或四相控制方案上，目前已有十余家单位推出不同性能、用途、功率(1kW到55kW)的多规格系列产品，应用于纺织、冶金、机械、运输等多种行业、场所的数十种生产机械和运输车辆中。
开关磁阻电机的研究工作从最初摸索合理的设计方法转向如何加速优化设计发展，在绕组互感对运行的影响、转矩脉振、最佳电流波形、振动与噪声、发热及铁耗计算等方面提出了许多有益的见解和尝试。
开关磁阻电机调速系统则是随之而上的又一调速驱动系统，涉及到微电子、电力电子、微机实时控制、机械制造、机电一体化及工程应用等众多学科领域，具有广阔的发展前景。
综上所述：开关磁阻电机调速系统结构简单坚固、成本低、效率高、调速性能优异，是传统交、直流调速系统的强有力竞争者，是各国研究和开发的热点之一，SRD产品己广泛或开始应用于电动车驱动、家用电器、通用工业、航空工业和伺服系统等各个领域，覆盖功率范围10kW～5MW的各种高低速驱动系统，呈现强大的市场潜力。
1.2开关磁阻电机调速系统的组成开关磁阻电机调速系统(Switched Reluctance Drive简称SRD)，主要由开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor简称SRM)、功率变换器、控制器和角位移传感器四部分组成，如图1-1所示。
图1-1 SRD系统组成Figure 1-1 The composition of the SRD system(1)开关磁阻电机是SRD中实现机电能量转换的部件，系双凸极可变磁阻电动机，其定转子的凸极均由普通硅钢片叠压而成。
转子无绕组也无永磁体，定子极上绕有集中绕组，径向相对的两个绕组可串联或并联构成一对磁极，称为“一相”。
SRM可以设计成多相结构，且定、转予的极数有多种不同的搭配。
相数多，步距角小，有利于减小转矩脉动，但结构复杂，且主开关器件多，成本高。
因此电机定、转子的极数应当按使用的场合合理确定。
SRM的转向与电流方向无关，为单向电流，若改变相电流的大小，可改变电动机转矩的大小，进而可以改变电动机转速。
若在转子极转离定子极时通电，所产生的电磁转矩与转子旋转方向相反，为制动转矩。
由此可知，通过简单的控制方式便可改变电动机的转向、转速和工作状态。
(2)功率变换器的作用是将电源提供的能量经适当转换后提供给SRM，由蓄电池或交流电整流后得到的直流电供电。
由于SRM绕组电流是单向的，使得其功率变换器主电路不仅结构较简单，而且相绕组与主开关器件是串联的，因而可以避免直接短路故障。
SRM 的功率变换器主电路的结构形式与供电电压、电动机相数及主开关器件的种类等有关。
(3)控制器是系统的核心。
它综合处理速度指令、速度反馈信号及电流传感器、位置传感器的反馈信息，控制功率变换器中主开关器件的工作状态，实现对SRM运行状态的控制。
(4)位置传感器向控制器提供转子位置信号和速度信号，使控制器能正确地决定绕组的导通和关断时刻。
通常采用光电器件、霍尔元件或电磁线圈法进行位置检测，采用无位置传感器的位置检测方法是SRD的发展方向，对降低成本、提高系统可靠性有重要意义。
1.3开关磁阻电机调速系统的特点(1)电动机结构简单、成本低、适用于高速。
开关磁阻电动机的结构比通常认为最简单的鼠笼式感应电动机还要简单。
其突出的优点是转子上没有任何型式的绕组，因此不会有鼠笼感应电动机制造过程中鼠笼铸造不良和使用中的断条等问题。
其转子机械弹度极高，可以用于超高速运转。
在定子方面，它只有几个集中绕组，因此制造简便，绝缘容易。
(2)功率电路简单可靠。
因为电动机转矩方向与绕组电流方向无关，即只需单方向绕组电流，故功率电路可以做到每相一个功率开关。
对比感应电动机绕组需流过双向电流，向其供电的PWM变频器中功率电路每相需两个功率元件。
因此开关磁阻电动机调速系统较PWM变频器功率电路中所需的功率元件少，电路结构简单。
开关磁阻电机调速系统中每个功率开关元件均直接与电动机绕组相串联，根本上避免了直通短路现象。
因此开关磁阻电机调速系统中功率电路的保护电路可以简化，既降低了成本，又具有高的工作可靠性。
(3)各相独立工作，可构成极高可靠性系统。
从电动机的电磁结构上看，各相绕组和磁路相互独立，各自在一定轴角范围内产生电磁转矩。
从控制器结构上看，各相电路各自给一相绕组供电，一般也是相互独立工作。
由此可知，当电动机一相绕组或控制器一相电路发生故障时，只须停止该相工作，电动机除总输出功率能力有所减小外，并无其它妨碍。
由此本系统可构成可靠性极高的系统，可以适用于宇航等特殊场合。
(4)高起动转矩，低起动电流。
控制器从电源侧吸收较少的电流，在电机侧得到较大的起动转矩是本系统的一大特点。
起动电流小转矩大的优点还可以延伸到低速运行段，因此本系统十分适合那些需要重载起动和较长时低速重载运行的机械，如电动车辆等。
(5)适用于频繁起停及正反向转换运行。
本系统具有的高起动转矩，低起动电流的特点，使之在起动过程中电流冲击小，电动机和控制器发热较连续额定运行时还小。
这类生产机械有龙门刨床、铣床、冶金行业可逆轧机、飞锯、飞剪等。
(6)可控参数多，调速性能好。
控制开关磁阻电动机的主要运行参数和常用方法至少有四种：相开通角、相关断角、相电流幅值、相绕组电压。
可以根据对电动机的运行要求和电动机的情况，采用不同控制方法和参数值，即可使之运行于最佳状态(如出力最大、效率最高等，还可使之实现各种不同的功能和特定的特性曲线。
如使电动机具有完全相同的四象限运行(即正转、反转、电动、制动)能力，并具有高起动转矩和串励电动机的负载能力曲线。
(7)效率高，损耗小，本系统是一种非常高效的调速系统。
这是因为一方面电动机转子不存在绕组铜损，另一方面电动机可控参数多，灵活方便，易于在宽转速范围和不同负载下实现高效优化控制。
将本系统同PWM变频器带鼠笼感应电动机的系统进行比较。
本系统在不同转速和不同负载下的效率均比变频器系统高，一般要高5个百分点左右。
(8)可通过机和电的统一协调设计满足各种特殊使用要求。
各种突出的优点，使SRD 已成为交流电机驱动系统、直流电机驱动系统及无刷直流电机驱动系统的有力竞争者。
由于SR的双凸极结构，不可避免地存在转矩波动，噪声是SR电机存在的主要缺点。
但是，近年来的研究表明，采用合理的设计、制造和控制技术，SRD的噪声完全可做做到高质量的PWM型异步电动机的噪声水平[1]。
1.4课题研究内容本课题旨在设计3KW四相8/6极开关磁阻电机调速控制系统，该系统能够实现电机正反转和平滑调速。
具体研究内容如下：1、结合开关磁阻电机的基本结构和运行原理，对电机的运行与控制特性以及现有的控制方法进行分析研究，选择适合的控制方案。
2、学习DSP56F803的使用，设计以该芯片为核心的SRD系统控制器的硬件电路，以及以IPM为主开关器件的功率变换器电路，实现控制信号输入、转速的实时显示和电机的平滑调速。
3、根据控制方案的要求设计系统的控制软件，通过软件的调试实现电机的正反转、换相逻辑控制、电流斩波控制、变角度控制、转速计算与调节等功能。
4、在现有的实验条件下设计实验方案，对本课题设计的系统进行测试，通过对电机的相绕组电流波形和转速曲线的记录和分析来验证系统的调速性能。
2 开关磁阻电机调速系统的控制原理2.1开关磁阻电机的工作原理开关磁阻电机的工作原理与传统的交、直流电动机存在着根本的区别，它不像传统电机那样依靠定、转子绕组电流产生磁场间的相互作用形成转矩和转速，而是遵循“磁阻最小原理"——磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合，而具有一定形状的铁心在移动到磁阻最小位置时，必使自己的主轴线与磁场的轴线重合。
当转子磁极轴线与定子磁极的轴线不重合时，便会有作用力作用在转子上并产生转矩，从而使转子向定子磁极的轴线方向运动或产生同方向的运动趋势，直到定、转子磁极轴线重合为止。
以本系统中采用的四相8/6极开关磁阻电机为例，如图2-1所示[2]。
图2-1中只画出了A相绕组及其供电电路，Sl、S2是电子开关，VDl、VD2是二极管，Us为直流电源。
图2-1开关磁阻电机的工作原理Figure 2-1 The working principle of switched reluctance motor以图2-1中定、转子所处相对位置为起始位置，当A相绕组的控制开关S l、S2闭合时，A相绕组通电，电机内建立起以OA为轴线的径向磁场，磁通通过定子轭、定子极、气隙、转子极、转子等处闭合。