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新型开关磁阻电机调速系统研究

作　者: 许楚
导　师: 王宝忠
学　校: 江苏科技大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 开关磁阻电机(SRM) 开关磁阻电动机调速系统(SRD) DSP TMS320F2812 神经网络PID控制
分类号: TM352
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

开关磁阻电动机调速系统(Switched Reluctance motor Drives,简称SRD)是20世纪80年代发展起来的一种极具发展潜力的新型电机控制系统,具有结构坚固、效率高、成本低、容错能力强、可靠性好等优势,已逐渐显示出强大的市场竞争力。但由于开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,简称SRM)具有磁路饱和、涡流、磁滞效应等非线性特征,怎样改善速度闭环控制的自适应性、鲁棒性和动态响应速度成为本论文的研究动机。本文以德州仪器公司的高端专用电机控制DSP芯片TMS320F2812为控制核心,研制了一套三相(12/8极)7.5kW开关磁阻电动机调速系统,并将神经网络PID控制算法应用到电机调速控制中,进行了理论与实验分析,切实改善了SRD系统的调速性能。本文的研究工作共分七个部分,第一部分简要概述了SRD系统的发展历程、研究现状与发展方向,人工神经网络在SRD中的应用现状,以及本课题的研究内容与意义;第二部分介绍了SRM和SRD的结构、原理和控制方式,SRM的常用数学模型和功率变换器类型;第三部分主要是基于BP神经网络的PID控制器的设计与仿真;第四部分针对SRM的控制特点,围绕TMS320F2812的高速运算能力和面向电机控制的丰富内部资源,完成了控制系统一系列硬件电路的设计;第五部分在硬件设计的基础上采用结构化程序设计方法完成了控制系统软件设计。实现了低速定角度电压斩波控制、中高速变角度电压PWM控制相结合的控制策略,以改善电机的运行性能;第六部分通过SRD系统的运行实验,验证了控制思想和控制方法的正确性、硬件设计的可行性和程序功能的完善性。本课题基本达到了设计要求,实现了系统预期功能;最后是本课题的结论和展望。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-13
第1章绪论  13-21
  1.1 引言  13
  1.2 SRM 发展概述  13-15
  1.3 SRM 的特点与发展方向  15-18
  1.4 人工神经网络在SRD 中的应用  18-19
  1.5 本课题的研究内容与研究意义  19-20
  1.6 本章小结  20-21
第2章 SRM 与SRD 系统原理  21-43
  2.1 SRM 的基本结构  21-23
  2.2 SRM 的运行原理  23-24
  2.3 SRM 的控制特性  24-30
    2.3.1 SRM 的运行状态  24-25
    2.3.2 SRM 的控制方式  25-29
    2.3.3 SRM 各控制方式的特点与比较  29
    2.3.4 本课题选用控制方式介绍  29-30
  2.4 SRM 的数学模型  30-34
    2.4.1 SRM 的基本方程式  30-33
    2.4.2 几种常见SRM 数学建模方法  33-34
  2.5 SRM 功率变换器主电路及其比较  34-39
    2.5.1 不对称半桥主电路  35
    2.5.2 H 桥型主电路  35-36
    2.5.3 分裂式直流电源主电路  36
    2.5.4 双绕组型主电路  36-37
    2.5.5 电容充放主电路  37
    2.5.6 软开关主电路  37-38
    2.5.7 六种主要功率变换器主电路比较  38-39
  2.6 SRD 系统的结构和特点  39-41
    2.6.1 SRD 系统的的基本组成和应用特点  39-40
    2.6.2 SRD 系统与其他电机驱动系统的比较  40-41
  2.7 SRD 系统的的整体设计方案  41-42
  2.8 本章小结  42-43
第3章神经网络PID 控制在SRD 系统中的应用  43-59
  3.1 PID 控制的原理与特点  43-47
    3.1.1 PID 控制原理  43-44
    3.1.2 增量式PID 控制算法  44-46
    3.1.3 PID 参数的整定  46-47
  3.2 人工神经网络概述  47-54
    3.2.1 人工神经网络理论基础  47-48
    3.2.2 神经网络控制基础  48-50
    3.2.3 BP 神经网络的原理  50-54
  3.3 基于BP 神经网络的PID 控制器设计  54-56
  3.4 基于Matlab 的仿真实验  56-58
  3.5 本章小结  58-59
第4章 SRD 系统的硬件设计与实现  59-74
  4.1 SRD 系统硬件总体设计方案  59
  4.2 基于 TMS320F2812 DSP 的核心电路设计  59-61
    4.2.1 TMS320F2812 DSP 控制器概述  59-61
    4.2.2 TMS320F2812 核心电路设计  61
  4.3 功率变换器电路设计  61-64
    4.3.1 本课题功率主电路拓扑结构设计  62-63
    4.3.2 主开关管的选择与计算  63-64
  4.4 功率驱动电路设计  64-66
  4.5 速度给定电路  66-67
  4.6 位置检测电路设计  67-68
  4.7 采样保护电路设计  68-71
    4.7.1 电流采样及过流保护电路设计  68-69
    4.7.2 过、欠压保护电路设计  69-70
    4.7.3 过热保护电路设计  70-71
  4.8 键盘与显示电路设计  71-72
  4.9 串行通信电路设计  72-73
  4.10 辅助电源电路设计  73
  4.11 本章小结  73-74
第5章 SRD 系统的软件设计与实现  74-83
  5.1 SRD 系统软件总体设计方案  74-75
  5.2 主程序设计  75-76
  5.3 初始化程序设计  76
  5.4 键盘子程序设计  76-77
  5.5 显示子程序设计  77-78
  5.6 位置闭环子程序设计  78-79
    5.6.1 位置捕获中断程序  78
    5.6.2 换相逻辑判断子程序  78-79
  5.7 速度闭环子程序设计  79-82
    5.7.1 测速子程序  79-80
    5.7.2 相导通角计算子程序  80-81
    5.7.3 电流斩波控制子程序  81
    5.7.4 电压PWM 控制子程序  81-82
    5.7.5 制动控制子程序  82
  5.8 本章小结  82-83
第6章 SRD 系统实验结果分析  83-88
  6.1 实验装置介绍  83
  6.2 上位机控制界面简介  83-85
  6.3 实验结果及分析  85-87
  6.4 本章小结  87-88
结论与展望  88-89
参考文献  89-93
附录  93-95
致谢  95-96
详细摘要  96-100

新型开关磁阻电机调速系统研究

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