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基于开关磁阻电机通用控制器的研究

作　者: 段鑫
导　师: 黄运生
学　校: 中南大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: SRM 通用控制器自适应模糊PID
分类号: TM352
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

摘要：开关磁阻电机(简称SRM)控制器系统是一种新型机电一体化无级调速系统,由于其结构简单、节能高效、成本低、启动电流小、启动转矩大、调速性能好等优点,已经成为国内外的研究热点。然而SRM也存在系统非线性严重、控制复杂等不足,针对特定的应用场合和特定的电机只能用特制的控制器来控制,才能发挥出它的优势,控制器不能像变频器那样实现通用性,严重阻碍了SRM的发展和推广。本文为实现SRM控制器的通用性,通过对比分析,确定本文总体设计方案为采用双相通电的方式启动,利用电流斩波结合角度位置控制方式的转速电流双闭环来进行调速,选用基于自适应模糊PID的控制算法,控制器根据不同负载类型及模糊决策自整定PID参数,解决了传统PID控制响应速度慢、环境适应性差及模糊控制的精度不够等问题；利用Matlab模糊控制箱及SRM模型,建立了基于自适应模糊PID控制算法的SRM控制器系统仿真模型,验证了该算法的可行性。本文设计了以高速带浮点运算的32位DSP芯片为核心,电流检测、位置检测、驱动电路、故障保护和通信电路等为外围,三相不对称桥功率变换器为主功率电路的通用控制器系统。控制芯片选用TMS320F28335,主开关器件选用英飞凌的单管IGBT。编制了系统控制软件,并采用了层次化的编程思想,增强了程序的可读性和易移植性。通过软硬件的联合调试,取得了很好的控制效果,验证了方案的可行性,实现了SRM控制器通用性的目标。图42幅,表17个,参考文献62篇。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-15
  1.1 开关磁阻电机通用控制器的研究意义  10
  1.2 开关磁阻电机控制器的国内外研究现状  10-12
    1.2.1 国外发展状况  10-11
    1.2.2 国内发展情况  11-12
  1.3 开关磁阻电机控制系统研究热点  12-13
  1.4 开关磁阻电机通用控制器的组成及其性能特点  13-14
  1.5 本文研究的主要内容及论文结构  14-15
2 开关磁阻电机基本原理及系统方案设计  15-28
  2.1 开关磁阻电机的结构及工作原理  15-17
    2.1.1 开关磁阻电机的结构  15-16
    2.1.2 开关磁阻电机工作原理  16-17
  2.2 开关磁阻电机数学模型  17-20
    2.2.1 开关磁阻电机的基本方程  17-19
    2.2.2 开关磁阻电机的数学模型  19-20
  2.3 控制器通用性方案设计  20-27
    2.3.1 启动方式选择  20-21
    2.3.2 调速方式选择  21-25
    2.3.3 控制策略选择  25-27
    2.3.4 通用性参数设计  27
  2.4 本章小结  27-28
3 开关磁阻电动机通用控制器硬件设计  28-39
  3.1 硬件电路整体结构  28-29
  3.2 微控制器选型  29-30
  3.3 功率变换器电路设计  30-33
    3.3.1 电路结构设计  30-32
    3.3.2 缓冲电路设计  32
    3.3.3 器件选型  32-33
  3.4 驱动电路选择  33
  3.5 位置信号检测电路设计  33-34
  3.6 角度细分电路  34-35
  3.7 人机接口电路设计  35
  3.8 通信接口电路设计  35-37
    3.8.1 RS485接口电路  35-36
    3.8.2 CAN接口电路  36
    3.8.3 FlexRay接口电路  36-37
  3.9 电流检测电路设计  37-38
  3.10 本章小结  38-39
4 基于自适应模糊PID算法的系统建模与仿真  39-50
  4.1 模糊控制器的基本原理和设计方法  39-40
  4.2 自适应模糊PID控制器的设计  40-46
    4.2.1 确定控制的输入和输出变量  40-41
    4.2.2 确定各变量的论域和比例因子  41-42
    4.2.3 确定模糊语言变量个数及其隶属度函数  42-44
    4.2.4 确定模糊语言规则  44-45
    4.2.5 模糊推理判决和解模糊  45-46
    4.2.6 采样周期  46
  4.3 系统仿真及结果分析  46-49
    4.3.1 空载系统响应仿真  47-48
    4.3.2 额定负载系统响应仿真  48
    4.3.3 抗干扰能力仿真  48-49
  4.4 本章小结  49-50
5 开关磁阻电机通用控制器软件设计  50-60
  5.1 软件框架设计  50-51
  5.2 主程序及定时器中断服务程序设计  51
  5.3 开关磁阻电机状态机子程序设计  51-52
  5.4 转子位置判断与换相逻辑设计  52-55
    5.4.1 启动换相逻辑  54
    5.4.2 运行过程换相逻辑  54-55
    5.4.3 换相逻辑中断程序  55
  5.5 不同极对数的速度计算  55-56
  5.6 自适应模糊PID算法子程序设计  56-57
  5.7 通信接口子程序设计  57-59
    5.7.1 RS485通信接口  57-58
    5.7.2 CAN通信接口  58
    5.7.3 FlexRay通信接口  58-59
  5.8 本章总结  59-60
6 系统测试和分析  60-65
  6.1 系统保护功能调试分析  60-62
    6.1.1 电压保护功能调试  60
    6.1.2 过流保护电路调试  60-61
    6.1.3 制动泵升电路调试  61
    6.1.4 过载保护调试  61-62
  6.2 系统抗负载扰动实验  62
  6.3 调速性能实验  62-64
  6.4 启动性能实验  64
  6.5 本章小结  64-65
7 总结和展望  65-67
  7.1 总结  65
  7.2 展望  65-67
参考文献  67-72
攻读硕士学位期间的研究成果  72-73
致谢  73

基于开关磁阻电机通用控制器的研究

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