基于DSP的开关磁阻电机控制系统设计

基于DSP的开关磁阻电机控制系统设计
基于DSP的开关磁阻电机控制系统设计

开关磁阻电机的原理及其控制系统

开关磁阻电机的原理及其控制系统 开关磁阻电机80年代初随着电力电子、微电脑和控制理论的迅速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、成本低、效率高等突出优点,目前已成为交流电机调速系统、直流电机调速系统、无刷直流电机调速系统的强有力的竞争者。 一、开关磁阻电机的工作原理 开关磁阻电机的工作原理遵循磁磁阻最小原理,即磁通总是要沿着磁阻最小路径闭合。因此,它的结构原则是转子旋转时磁路的磁阻要有尽可能大的变化。所以开关磁阻电动机采用凸极定子和凸极转子的双凸极结构,并且定转子极数不同。 开关磁阻电机的定子和转子都是凸极式齿槽结构。定、转子铁芯均由硅钢片冲成一定形状的齿槽,然后叠压而成,其定、转子冲片的结构如图1所示。

图1:开关磁阻电机定、转子结构图 图1所示为12/8极三相开关磁阻电动机,S1. S2是电子开关,VD1, VD2 是二极管,是直流电源。 电机定子和转子呈凸极形状,极数互不相等,转子由叠片构成,定子绕组可根据需要采用串联、并联或串并联结合的形式在相应的极上得到径向磁场,转子带有位置检测器以提供转子位置信号,使定子绕组按一定的顺序通断,保持电机的连续运行。电机磁阻随着转子磁极与定子磁极的中心线对准或错开而变化,因为电感与磁阻成反比,当转子磁极在定子磁极中心线位置时,相绕组电感最大,当转子极间中心线对准定子磁极中心线时,相绕组电感最小。 当定子A相磁极轴线OA与转子磁极轴线O1不重合时,开关S1, S2合上,A 相绕组通电,电动机内建立起以OA为轴线的径向磁场,磁通通过定子扼、定子极、气隙、转子极、转子扼等处闭合。通过气隙的磁力线是弯曲的,此时磁路的

控制电机:开关磁阻电机

题目:开关磁阻电机

开关磁阻电机 学习《特种电机及其控制》这门课程,这要介绍了无刷直流电机及其控制、开关磁阻电机及其控制系统、步进电机及其控制,其中我最感兴趣的开关磁阻电机。下面我将对我所了解的开关磁阻电机做一总结。 一、发展背景 开关磁阻电机是80年代初随着电力电子、微电脑和控制技术的猛烈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优点,成为直流电机调速系统、交流电机调速系统和无刷直流电机调速系统强有力的竞争者,引起各国学者和企业界的广泛关注,目前开关磁阻电机已开始应用于工业、航空业和家用电器等各个领域。 开关磁阻电机的基本概念可追溯到19世纪40年代,1842年,英国的Aberdeen和Dafidson用两个U型电磁铁制造了由蓄电池供电的机车电动机。20世纪60年代,大功率晶闸管的出现为SR电机的研究发展提供了重要的物质条件。1967年,英国的Leeds大学开始对SR电机进行深入研究;直到1970年左右,研究结果表明:SR电机可以在单相电流下四象限运行,功率变换器无论是用晶体管还是用普通晶闸管,所需开关数都是最少的;电动机成本也明显低于同容量的感应电动机。20年代70年代初,美国福特公司研制出最早开关磁阻电机的调速系统,其结构为轴向气隙电动机,具有电动机和发电机运行状态和较宽范围调速的能力,适合于蓄电池供电的电动车辆的转动。1980年Leeds大学的Lawrenson教授及其同事总结出了自己的研究成果,发表了题为“Variable--Speed Switched Reluctance Motors”的论文,系统阐述了开关磁阻电机的基本原理与设计特点,并得出了新型磁阻电机的单位出力可以与交流感应电机相媲美甚至还略占优势的结论。1983年英国TASC公司推出了Oulton系列通用SRD调速产品,问世不久便受到了各国电气传动界的广泛重视。从1984年开始,我国许多单位先后开展了SRD研究,在借鉴国外经验的基础上,我国SR电机的研究发展很快。2000年,国内100KW以上的SR电机已应用于煤矿的采煤机,目前已将180KW的SR电机应用于地铁机车的牵引,应形成一些SRD系列商品,最

步进电机与开关磁阻电机

开关磁阻电机: 开关磁阻电动机驱动系统(SRD)是较为复杂的机电一体化装置,SRD的运行需要在线实时检测的反馈量一般有转子位置、速度及电流等,然后根据控制目标综合这些信息给出控制指令,实现运行控制及保护等功能。转子位置检测环节是SRD的重要组成部分,检测到的转子位置信号是各相主开关器件正确进行逻辑切换的根据,也为速度控制环节提供了速度反馈信号。 开关磁阻电机具有再生的能力,系统效率高: 对开关磁阻电机的理论研究和实践证明,该系统具有许多显著的优点: (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)损耗主要产生在定子,电机易于冷却;转子无永磁体,可允许有较高的温升。 (3)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。 (4)功率变换器不会出现直通故障,可靠性高。 (5)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。 (6)调速范围宽,控制灵活,易于实现各种特殊要求的转矩-速度特性。 (7)在宽广的转速和功率范围内都具有高效率 (8)能四象限运行,具有较强的再生制动能力。 (9)容错能力强。开关磁阻电机的容错体现在电机某一相损坏,电机照样可以运行。 开关磁阻电机的应用: 近年来,开关磁阻电机的应用和发展取得了明显的进步,已成功地应用于电动车驱动、通用工业、家用电器和纺织机械等各个领域,功率范围从10W到5MW,最大速度高达100000 r/min。

开关磁阻电机电动车应用 开关磁阻电机最初的应用领域就是电动车。目前电动摩托车和电动自行车的驱动电机主要有永磁无刷及永磁有刷两种,然而采用开关磁阻电机驱动有其独特的优势。当高能量密度和系统效率为关键指标时,开关磁阻电机变为首选对象。 SRD开关磁阻电机驱动系统的电机结构紧凑牢固,适合于高速运行,并且驱动电路简单成本低、性能可靠,在宽广的转速范围内效率都比较高,而且可以方便地实现四象限控制。这些特点使SRD开关磁阻电机驱动系统很适合电动车辆的各种工况下运行,是电动车辆中极具有潜力的机种。SRD的最大特点是转矩脉动大,噪声大;此外,相对永磁电机而言,功率密度和效率偏低;另一个缺点是要使用位置传感器,增加了结构复杂性,降低了可靠性。因此无传感器的SRD也是未来的发展趋势之一。其优点主要表现在以下几个方面: (1)开关磁阻电机不仅效率高,而且在很宽的功率和转速范围内都能保持高效率,这是其它类型驱动系统难以达到的。这种特性对电动车的运行情况尤为适合,有利于提高电动车的续驶里程。 (2)开关磁阻电机很容易通过采用适当的控制策略和系统设计满足电动车四象限运行的要求,并且还能在高速运行区域保持强有力的制动能力。 (3)开关磁阻电机有很好的散热特性,从而能以小的体积取得较大的输出功率,减小电机体积和重量。 (4)通过调整开通角和关断角,开关磁阻电机完全可以达到它激直流电机驱动系统良好的控制特性,而且这是一种纯逻辑的控制方式,很容易智能化,从而能通过重新编程或替换电路元件,方便地满足不同运行特性的要求。 (5)开关磁阻电机无论电机还是功率变换器都十分坚固可靠,无需或很少

开关磁阻电机控制系统软件设计

开关磁阻电机控制系统软件设计 开关磁阻电机SRM(Switched Reluctance Motor)是随着电力电子、微电脑和控制技术的迅猛发展而出现的一种新型调速系统,具有结构简单、运行可靠及效率高等突出优点,成为交流、直流和无刷直流电动机调速系统强有力的竞争者,引起各国学者和企业的广泛关注。 1 基本控制策略 开关磁阻电机基本控制策略主要包括电流斩波控制(CCC)、电压PWM 控制、角度位置控制(APC)三种控制策略。 电流斩波控制的优点是可限制电流峰值的增长,保护开关器件的安全,并起到良好有效的调节效果,因此适用于低速调速系统。当相电流超过约定的上限电流值时,则主开关关断,当相电流低于约定的下限电流值时,则组合开关开通,从而实现电流斩波控制效果。 电压PWM控制是通过调整占空比,来调节相绕组的平均电压,以改变相绕组电流的大小,从而实现转速和转矩的调节,电压PWM控制的特点是通过调节相绕组电压的平均值,进而能间接地限制和调节相电流,因此既能用于高速调速系统,又能用于低速调速系统,而且控制也较简单。 角度位置控制是指对开通角和关断角的控制。它的实质就在于输入电压保持不变而通过改变主开关的开通角和关断角来调节电流,以达到调节电机转矩的目的。角度控制的优点是转矩调节范围较大,可允许多相同时通电,以增加电机输出转矩,可实现效率最有控制和转矩

最优控制。 为了实现开关磁阻电机良好的调速性能,该软件设计采用以下组合控制策略,即电机基速以下运行时,采用电流斩波控制方式;在中低速下,采用电压PWM控制方式;而在高速运行时,采用角度位置控制方式。 2 软件设计 软件采用前后台系统作为软件框架,分为主程序和中断程序两部分,相较于现有控制系统软件设计中的多中断程序,该软件设计仅采用了一个定时中断,是程序更简洁,增加了程序的可读性及可移植性,同时也有利于程序的进一步扩充与完善。现有控制系统软件中多数使用多中断设计,其中包括计算电机转速使用的捕获中断,获取电机位置使用一路或两路外部中断,电流采样时使用的DMA中断,以及一至两个定时中断,这些中断不仅增加了程序的复杂性,同时也降低了软件的可靠性。 在软件设计中,重点和难点就是如何获得较好的斩波效果,而软件设计的好坏直接影响了斩波效果的好坏。在现有的软件设计中,一般是将各相电流通过ADC采样,再经DMA通道传输,同时产生一个DMA 中断,然后在一个定时中断(定时中断时间一般为50us至100us)中实现电流斩波。而这种设计会产生两个问题。其一,因为要实现其他功能,定时中断时间不能进一步缩短,而这对电流斩波而言,时间间隔又太长,以50us为例,电流可能会在50us的时间中上升40A。其二,DMA中断优先级要高于定时中断,这可能会导致定时中断的执

开关磁阻电机速度控制

Journal of Electrical Engineering 电气工程, 2016, 4(1), 55-62 Published Online March 2016 in Hans. https://www.360docs.net/doc/409450220.html,/journal/jee https://www.360docs.net/doc/409450220.html,/10.12677/jee.2016.41008 Speed Control Strategy of Switched Reluctance Motor Zhou Du1,2, Dingxiang Wu2,3, Lijun Tang1,2 1School of Physics and Electronic Sciences, Changsha University of Science & Technology, Changsha Hunan 2Hunan Province Higher Education Key Laboratory of Modeling and Monitoring on the Near-Earth Eletromagnetic Environments, Changsha Hunan 3Billion Set Electronic Technology Co, Ltd., Changsha Hunan Received: Mar. 1st, 2016; accepted: Mar. 19th, 2016; published: Mar. 24th, 2016 Copyright ? 2016 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.360docs.net/doc/409450220.html,/licenses/by/4.0/ Abstract Aimed at research on starting mode and speed control of switched reluctance motor speed control system, a two-phase starting is adopted to start the electric, in order to increase the torque and reduce the torque ripple. A fuzzy adaptive PID control algorithm is proposed, and a switched re-luctance motor speed control system with STM32 + FPGA as the main controller is designed, ap-plying current chopping in low speed and angle position control mode in high speed, which has a certain effect on solving the problems of high overshoot, slow dynamic response and low accuracy. The experimental results show that the precision of the system speed is within 10 r/min, and the maximum overshoot is 15 r/min. Keywords Switched Reluctance Motor, Torque Ripple, Fuzzy Adaptive Tuning PID 开关磁阻电机速度控制 杜舟1,2,吴定祥2,3,唐立军1,2 1长沙理工大学物理与电子科学学院,湖南长沙 2近地空间电磁环境监测与建模湖南省普通高校重点实验室,湖南长沙 3长沙亿旭机电科技有限公司,湖南长沙

两相步进电机控制系统设计

综合课程设计 题目两相步进电机 学院计信学院 专业10自动化 班级2班 学生姓名 指导教师文远熔 2012 年12 月28 日

两相步进电机课程设计报告 步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件,它广泛应用于工业机械的数字控制,为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优,根据控制系统功能要求及步进电机应用环境,确定了设计系统硬件和软件的功能划分,从而实现了基于8051单片机的四相步进电机的开环控制系统。控制系统通过单片机存储器、I/O 接口、中断、键盘、LED 显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计,实现了四相步进电机的正反转,急停等功能。为实现单片机控制步进电机系统在数控机床上的应用,系统设计了两个外部中断,以实现步进电机在某段时间内的反复正反转功能,也即数控机床的刀架自动进给运动,随着单片机技术的不断发展,单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛,自六十年代初期以来,步进电机的应用得到很大的提高。人们用它来驱动时钟和其他采用指针的仪器,打印机、绘图仪,磁盘光盘驱动器、各种自动控制阀、各种工具,还有机器人等机械装置。此外作为执行元件,步进电机是机电一体化的关键产品之一,被广泛应用在各种自动化控制系统中,随着微电子和计算机技术的发展,它的需要量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。步进电机是机电数字控制系统中常用的执行元件,由于其精度高、体积小、控制方便灵活,因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用,大规模集成电路的发展以及单片机技术的迅速普及,为设计功能强,价格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源。 关键字: 步进电机单片机

开关磁阻电机驱动系统的运行原理及应用

开关磁阻电机驱动系统的运行原理及应用(二) (低轴阻发电机参考资料) 1 引言 开关磁阻电机驱动系统(SDR)具有一些很有特色的优点:电机结构简单、坚固、维护方便甚至免维护,启动及低速时转矩大、电流小;高速恒功率区范围宽、性能好,在宽广转速和功率访问内都具有高输出和高效率而且有很好的容错能力。这使得SR电机系统在家用电器、通用工业、伺服与调速系统、牵引电机、高转速电机、航空航天等领域得到广泛应用。 SR电机是一种机电能量转换装置。根据可逆原理,SR电机和传统电机一样,它既可将电能转换为机械能—电动运行,在这方面的理论趋于成熟;也可将机械能转换为电能—发电运行,其内部的能量转换关系不能简单看成是SR电动机的逆过程。本文将从SR电机电动和发电运行这两个角度阐述SR电机的运行原理。 2 电动运行原理 2.1 转矩产生原理 控制器根据位置检测器检测到的定转子间相对位置信息,结合给定的运行命令(正转或反转),导通相应的定子相绕组的主开关元件。对应相绕组中有电流流过,产生磁场;磁场总是趋于“磁阻最小”而产生的磁阻性电磁转矩使转子转向“极对极”位置。当转子转到被吸引的转子磁极与定子激磁相相重合(平衡位置)时,电磁转矩消失。此时控制器根据新的位置信息,在定转子即将达到平衡位置时,向功率变换器发出命令,关断当

前相的主开关元件,而导通下一相,则转子又会向下一个平衡位置转动;这样,控制器根据相应的位置信息按一定的控制逻辑连续地导通和关断相应的相绕组的主开关,就可产生连续的同转向的电磁转矩,使转子在一定的转速下连续运行;再根据一定的控制策略控制各相绕组的通、断时刻以及绕组电流的大小,就可使系统在最隹状态下运行。 图1 三相sr电动机剖面图 从上面的分析可见,电流的方向对转矩没有任何影响,电动机的转向与电流方向无关,而仅取决于相绕组的通电顺序。若通电顺序改变,则电机的转向也发生改变。为保证电机能连续地旋转,位置检测器要能及时给出定转子极间相对位置,使控制器能及时和准确地控制定子各相绕组的通断,使srm能产生所要求的转矩和转速,达到预计的性能要求。 2.2 电路分析

直流电机控制系统设计

直流电机控制系统设计

XX大学 课程设计 (论文) 题目直流电机控制系统设计 班级 学号 学生姓名 指导教师

沈阳航空航天大学 课程设计任务书 课程名称专业基础课程设计 院(系)自动化学院专业测控技术与仪器 班级学号姓名 课程设计题目直流电机控制系统设计 课程设计时间: 2012年7 月9 日至2012年7 月20 日 课程设计的内容及要求: 1.内容 利用51单片机开发板设计并制作一个直流电机控制系统。系统能够实时控制电机的正转、反转、启动、停止、加速、减速等。 2.要求 (1)掌握直流电机的工作原理及编程方法。 (2)掌握直流电机驱动电路的设计方法。 (3)制定设计方案,绘制系统工作框图,给出系统电路原理图。 (4)用汇编或C语言进行程序设计与调试。 (5)完成系统硬件电路的设计。 (6)撰写一篇7000字左右的课程设计报告。 指导教师年月日 负责教师年月日

学生签字年月日 目录 0 前言 (1) 1 总体方案设计 (2) 1.1 系统方案 (2) 1.2 系统构成 (2) 1.3 电路工作原理 (2) 1.4 方案选择 (3) 2 硬件电路设计 (3) 2.1 系统分析与硬件设计 (3) 2.2 单片机AT89C52 (3) 2.3 复位电路和时钟电路 (4) 2.4 直流电机驱动电路设计 (4) 2.5 键盘电路设计 (4) 3软件设计 (5) 3.1 应用软件的编制和调试 (5) 3.2 程序总体设计 (5) 3.3 仿真图形 (7) 4 调试分析 (9) 5 结论及进一步设想 (9) 参考文献 (10) 课设体会 (11) 附录1 电路原理图 (12) 附录2 程序清单 (13)

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

开关磁阻电机及其调速系统

第二章开关磁阻电机及其调速系统 2.1 开关磁阻电机的发展概况 磁阻式电机诞生于160年前,一直被认为是一种性能不高的电机。然而通过近20年的研究与改进,使磁阻式电机的性能不断提高,目前已能在较大功率范围内不低于其它型式的电机[9]。 70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。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,特别适用于蓄电池供电的电动车辆的传动。 70年代中期,英国里兹(Leeds)大学和诺丁汉(Nottingham)大学,共同研制以电动车辆为目标的开关磁阻电机调速系统。样机容量从10W至50KW,转速从750 r/min至10000 r/min,其系统效率和电机利用系数等主要指标达到或超过了传统传动系统。该产品的出现,在电气传动界引起了不小的反响。在很多性能指标上达到了出人意料的高水平,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使用的一些变速传动系统。 近年来,国内外已有众多高校、研究所和企业投入了开关磁阻电机调速系统的研究、开发和制造工作。至今已推出了不同性能、不同用途的几十个系列的产品,应用于纺织、冶金、机械、汽车等行业中。 目前,在汽车行业意大利FIAT公司研制的电动车和中国第二汽车制造厂研制的电动客车都采用了开关磁阻电机。SRM是没有任何形式的转子线圈和永久磁铁的无刷电动机,它的定子磁极和转子磁极都是凸的。由于SRM具有集中的定子绕组和脉冲电流,其功率变换器可以采用更可靠的电路拓扑形式。SRM具有简单可靠、在较宽转速和转矩范围内高效运行、控制灵活、可四象限运行、响应速度快、成本较低等优点,这是其它调速系统难以比拟的,作为具有潜力的电动车电气驱动系统日益受到重视。然而目前SRM还存在转矩波动大、噪声大、需要位置检测器、系统非线性等缺点,所以,它的广泛应用还受到限制。 2.2 开关磁阻电机的基本结构与特点 开关磁阻电机为定、转子双凸极可变磁阻电机。其定、转子铁心均由硅钢片

直流电机控制系统设计.

XX大学 课程设计 (论文) 题目直流电机控制系统设计 班级 学号 学生姓名

指导教师 航空航天大学 课程设计任务书 课程名称专业基础课程设计 院(系)自动化学院专业测控技术与仪器 班级学号 课程设计题目直流电机控制系统设计 课程设计时间: 2012年7月9日至2012年7月20日 课程设计的容及要求: 1.容 利用51单片机开发板设计并制作一个直流电机控制系统。系统能够实时控制电机的正转、反转、启动、停止、加速、减速等。 2.要求 (1)掌握直流电机的工作原理及编程方法。 (2)掌握直流电机驱动电路的设计方法。 (3)制定设计方案,绘制系统工作框图,给出系统电路原理图。 (4)用汇编或C语言进行程序设计与调试。 (5)完成系统硬件电路的设计。 (6)撰写一篇7000字左右的课程设计报告。

指导教师年月日 负责教师年月日 学生签字年月日 目录 0 前言1 1 总体方案设计2 1.1 系统方案2 1.2 系统构成2 1.3 电路工作原理2 1.4 方案选择3 2 硬件电路设计3 2.1 系统分析与硬件设计3 2.2 单片机AT89C523 2.3 复位电路和时钟电路4 2.4 直流电机驱动电路设计4 2.5 键盘电路设计4 3软件设计5 3.1 应用软件的编制和调试5 3.2 程序总体设计5

3.3 仿真图形7 4 调试分析9 5 结论及进一步设想9参考文献10 课设体会11 附录1 电路原理图12附录2 程序清单13

直流电机调速系统设计 XXXXX大学自动化学院 摘要:本篇论文介绍了基于单片机的直流电机PWN调速的基本办法,直流电机调速的相关知识以及PWM调速的基本原理和实现方法。重点介绍了基于MCS-51单片机的用软件产生PWM信号以及信号占空比调节的方法。对于直流电机速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。 直流电动机具有优良的调速特性,调速平滑,方便,调速围广,过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级快速起动、制动和反转;能满足生产过程中自动化系统各种不同的特殊运行要求。电动机调速系统采用微机实现自动控制,是电气传动发展的主要方向之一。采用微机控制后,整个调速系统体积小,结构简单、可靠性高、操作维护方便,电动机稳态运转时转速精度可达到较高水平,静动态各项指标均能较好地满足工业生产中高性能电气传动的要求。 关键词:单片机最小系统;PWM ;直流电机调速; 0 前言 电动机作为最主要的机电能量转换装置,其应用围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产,交通运输,国防,航空航天,医疗卫生,商务和办公设备中,还是在日常生活的家用电器和消费电子产品(如电冰箱,空调,DVD等)中,都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示,在所有动力资源中,百分之九十以上来自电动机。同样,我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。电动机与人的生活息息相关,密不可分。电气时代,电动机的调速控制一般采用模拟法,对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是指对电动机进行启动,制动,正反转控制和顺序控制。然而近年来,随着技术的发展和进步,以及市场对产品功能和性能的要求不断提高,直流电动机的应用更加广泛,尤其是在智能机器人中的应用。直流电动机的起动和调速性能、过载能力强等特点显得十分重要,为了能够适应发展的要求,单闭环直流电动机的调速控制系统得到了很大的发展。而作为单片嵌入式系统的核心—单片机,正朝着多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、大存储容量和强I/O功能等方向发展。随着计算机档次的不断提高,功能的不断完善,单片机已越来越广泛地应用在各种领域的控制、自动化、智能化等方面,特别是在直流电动机的调速控制系统中。这是因为单片机具有很多优点:体积小,功能全,抗干扰能力强,可靠性高,结构合理,指令丰富,控制功能强,造价低等。所以选用单片机作为控制系统的核心以提高整个系统的可靠性和可行性。

开关磁阻电机特性的最优控制

开关磁阻电机特性的最优控制 摘要:本文介绍开关磁阻电机的特性,为获得电机或电机模拟转换的最大效率和电磁转矩的最小波动。控制曲线的变量—开通角和关断角(或是导通角),以及每一项的电压都可以通过一个简单的数学模型估算来获得。集中参数测量的模型需要考虑电机的磁路饱和,并且功率变换器参数的选择要确保系统的低功耗。共调查研究了两种典型开关磁阻电机,定转子齿数比分别为Ns/Nr=8/6 和6/4,310电源整流供电。时间曲线可以从数学模型和电机特性的最优估算得出,而且可以通过某种特殊的测试平台来验证其有效性。 关键字:磁阻电动机,模型,控制 绪论 对电力电子元件和设备的不断改进和其高速发展使得人们增强了对开关磁阻电机应用研究的兴趣。开关磁阻电机具有直流系列典型电机的特点,这使得它可以用于车辆的驱动部分。角速度的宽范围高效率调速使得它可以应用于大功率驱动和直流驱动。转子上无需供电并具有简单稳固的结构使得电机适用于超高速驱动。开关磁阻电机另一可取的特点是当电机停转时可直接控制电机的转子位置,也可以对开关磁阻电机进行转矩控制[2,6,7,10]。开关磁阻电机也有缺点,就是其在高速运行时会出现转矩脉动和振动[1]。 如图4所示,开关磁阻电机的一般功率变换结构都是一个不对称的半桥电路。电磁转矩的产生和电机定子绕组的电流方向无关,而且电机可实施()e T ,ω平面的四象限运行。对导通相通电的顺序可以改变电机的转向,相导通角的位置,是在提前与极轴还是落后与极轴决定着电机的启动/制动模式。角度控制和扭矩控制依赖于一下三个变量:开通角(on α),关断角(off α),或是导通角z α =on α-off α,相电压的控制方式是脉宽调制(PWM)模式。通过控制这三个变量,对他们不同的组合都可以在达到() T ,ω平面上的同一电机特性,但这会导致不同的电流,效率和转矩脉动[4, 5, 9, 10]。所以选择开关磁阻电机驱动系统的必备参数来找到最佳的控制特性是至关重要的。 在此论文中,研究用一种准最优控制方式控制开关磁阻电动机驱动来找到控制特性的最大效率和最小转矩脉动。实现这个目标需要用精确的原始的数学模型,在众多重复估算中具有简单、有效的特点,必须在动态过程中需找这个最佳控制特性。此集中参数测量模式要考虑到磁路的饱和,功率变换元器件的损耗以及因此对电机效率的影响。

无刷直流电机控制系统的设计

1引言无刷直流电机最本质的特征是没有机械换向器和电刷所构成的机械接触式换向机构。现在,无刷直流电机定义有俩种:一种是方波/梯形波直流电机才可以被称为无刷直流电机,而正弦波直流电机则被认为是永磁同步电机。另一种是方波/梯形波直流电机和正弦波直流电机都是无刷直流电机。国际电器制造业协会在1987年将无刷直流电机定义为“一种转子为永磁体,带转子位置信号,通过电子换相控制的自同步旋转电机”,其换相电路可以是独立的或集成于电机本体上的。本次设计采用第一种定义,把具有方波/梯形波无刷直流电机称为无刷直流电机。从20世纪90年代开始,由于人们生活水平的不断提高和现代化生产、办公自动化的发展,家用电器、工业机器人等设备都向着高效率化、小型化及高智能化发展,电机作为设备的重要组成部分,必须具有精度高、速度快、效率高等优点,因此无刷直流电机的应用也发展迅速[1]。 1.1 无刷直流电机的发展概况 无刷直流电动机是由有刷直流电动机的基础上发展过来的。 19世纪40年代,第一台直流电动机研制成功,经过70多年不断的发展,直流电机进入成熟阶段,并且运用广泛。 1955年,美国的D.Harrison申请了用晶体管换相线路代替有刷直流电动机的机械电刷的专利,形成了现代无刷直流电动机的雏形。 在20世纪60年代初,霍尔元件等位置传感器和电子换向线路的发现,标志着真正的无刷直流电机的出现。 20世纪70年代初,德国人Blaschke提出矢量控制理论,无刷直流电机的性能控制水平得到进一步的提高,极大地推动了电机在高性能领域的应用。 1987年,在北京举办的德国金属加工设备展览会上,西门子和博世两公司展出了永磁自同步伺服系统和驱动器,引起了我国有关学者的注意,自此我国开始了研制和开发电机控制系统和驱动的热潮。目前,我国无刷直流电机的系列产品越来越多,形成了生产规模。 无刷直流电动机的发展主要取决于电子电力技术的发展,无刷直流电机发展的初期,由于大功率开关器件的发展处于初级阶段,性能差,价格贵,而且受永磁材料和驱动控制技术的约束,这让无刷直流电动机问世以后的很长一段时间内,都停

机电控制作业开关磁阻电机及matlab仿真

开关磁阻电机 一、概述 开关磁阻电动机结构简单、可靠性高、恒转矩、恒功率而且调速性能好(覆盖功率范围10W~5MW的各种高、低速驱动调速系统)、价格便宜、鲁棒性好等优点引起了各国电气传动界的广泛重视,由其构成的调速系统兼有直流传动和普通交流传动的优点,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级调速系统。这种新型调速系统使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。 开关磁组电机调速系统之所以能在现代调速系统中异军突起,主要是因为它卓越的系统性能,主要表现在: (1) 电动机结构简单、成本低、可用于高速运转。 (2)功率电路简单可靠。 (3)系统可靠性高。 (4)起动转矩大,起动电流低。典型产品的数据是:起动电流为额定电流的15%时, 获得起动转矩为100%的额定转矩;起动电流为额定电流的30%时,起动转矩叮 达其额定转矩的250%。 (5)适用于频繁起停及正反向转换运行。 (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:相导通角、相关断角、相电流幅值、相绕组电压。 (7)效率高,损耗小。以3kw SRD为例,其系统效率在很宽范围内都是在87% 以上,这是其它一些调速系统不容易达到的。 (8)可通过机和电的统一协调设计满足各种特殊使用要求。 二、开关磁阻电动机的结构 图1-1开关磁阻电机结构图

典型的三相开关磁阻电动机的结构如图1-1所示。其定子和转子均为凸极结构,图示电机的定子有8个极,转子有6个极。定子极上套有集中线圈,两个空间位置相对的极 上的线圈顺向串联构成一相绕组,图2-1中只画出了A相绕组;转子由硅钢片叠压而成,转子上无绕组。该电机则称三相8/6极开关磁阻电动机。在结构形式及工作原理上,开关磁阻电动机与大步距反应式步进电机并无差别;但在控制方式上步进电机应归属于他控式变频,而开关磁阻电动机则归属于自控式变频;在应用上步进电机都用作“控制电机”而开关磁阻电机则是拖动用电机,因此电机设计时所追求的目标不同而使电机的设计参数不同。 与反应式步进电动机相似,开关磁阻电动机是双凸极可变磁阻电动机。图1-1给出了以8/6极开关磁阻电机为例的结构原理图,图中仅给出了一相的绕组及外围功率开关电路,从这个结构原理图中可以清晰的看到,开关磁阻电动机是双凸极结构,其转子上没有任何形式的绕组,也无永磁体,而定子上只有简单的集中绕组,其中径向相对的两个绕组构成一相。电动机每一相中流过的电流是由外围功率开关电路中的开关根据转子位置的变化,进行相应的通断而获得的。 图1-1中给出的开关磁阻电动机是四相的,通常情况下开关磁阻电动机可以设计成多种不同相数的结构,如两相、三相、四相或更多相,当相数增加时其结构将变得更复杂,相应的外围电路所使用的器件也相应增加。开关磁阻电动机极数的设计也有多种形式,但是定、转子极数和相数要遵循一定的关系。即定子极数应为相数的2倍或2的整数倍; 而转子极数应不等于定子极数且一般转子极数少于定子极数但都是偶数极[2]。由于开关磁阻电动机相数与极数的设计,低于三相的电动机没有自起动能力,对于有自启动、四象限运行要求的驱动场合,应选用表1-1所对应的定、转子极数组合方案。 表2-1 开关磁阻电动机各种方案

开关磁阻电机的电磁设计方法

2010 年5 月 摘要 开关型磁阻电动机驱动系统(Switched Reluctance Drive,简称SRD电动机)。是20世纪80年代迅猛发展起来的一种新型调速电机驱动系统。它是由功率变换电路、双凸极磁阻电机、控制器及位置检测器构成。它的结构极其简单,调速范围宽,调速性能优异,而且在整个调速范围内都具有较高的效率,系统可靠性高,是各国研究和开发的热点之一。 本文介绍了开关磁阻电机的发展历史,应用领域以及它的优点;对三相6/4结构的开关磁阻电机与四相8/6结构的开关磁阻电机进行了比较;对开关磁阻电机的电磁设计与参数优化进行了分析与研究,简单介绍了ANSYS软件在开关磁阻电机电磁分析中的应用;提出8/6结构开关磁阻电机的一种设计方案;并对开关磁阻电机的磁通波形和电机损耗进行了分析。 关键词: 开关磁阻电机,磁场,电磁设计,参数优化

ABSTRACT The switched reluctance drive (SRD) is a new-type drived-electromotor system which develops rapidly since 1980, and consists of power converter circuits、the doubly-salient reluctance motor、the controller and the examination of position. The structure of the SRD is simple. It has a wide range and excellent performance in speed. It also has a high efficiency and high reliability. So the SRD is one of the hot spots which is studied and designed all over the world. This thesie introduced the SRD development history, the application domain as well as its merit; comparison to the three-phase 6/4 structure SRD with four-phase 8/6 structure SRD overall performance. also analysis and research SRD electromagnetism design and parameter optimization, and introduced ANSYS software in SRD electromagnetism analysis application; Proposes 8/6 structure SRD one kind of design proposal; And analysis to the switched reluctance drive magnetic flux profile and the loss of machine. Keywords:switched reluctance motor, magnetic field, electromagn- etism design, parameter optimization

直流电机控制系统设计范本

直流电机控制系统 设计

XX大学 课程设计 (论文)题目直流电机控制系统设计 班级 学号 学生姓名 指导教师

沈阳航空航天大学 课程设计任务书 课程名称专业基础课程设计 院(系)自动化学院专业测控技术与仪器 班级学号姓名 课程设计题目直流电机控制系统设计 课程设计时间: 7 月 9 日至 7 月 20 日 课程设计的内容及要求: 1.内容 利用51单片机开发板设计并制作一个直流电机控制系统。系统能够实时控制电机的正转、反转、启动、停止、加速、减速等。 2.要求 (1)掌握直流电机的工作原理及编程方法。 (2)掌握直流电机驱动电路的设计方法。 (3)制定设计方案,绘制系统工作框图,给出系统电路原理图。 (4)用汇编或C语言进行程序设计与调试。 (5)完成系统硬件电路的设计。 (6)撰写一篇7000字左右的课程设计报告。

指导教师年月日 负责教师年月日 学生签字年月日 目录 0 前言...................................................................................... 错误!未定义书签。 1 总体方案设计 ...................................................................... 错误!未定义书签。 1.1 系统方案 ...................................................................... 错误!未定义书签。 1.2 系统构成 ...................................................................... 错误!未定义书签。 1.3 电路工作原理............................................................... 错误!未定义书签。 1.4 方案选择 ...................................................................... 错误!未定义书签。 2 硬件电路设计 ...................................................................... 错误!未定义书签。 2.1 系统分析与硬件设计................................................... 错误!未定义书签。 2.2 单片机AT89C52............................................................ 错误!未定义书签。 2.3 复位电路和时钟电路................................................... 错误!未定义书签。 2.4 直流电机驱动电路设计 ............................................... 错误!未定义书签。 2.5 键盘电路设计............................................................... 错误!未定义书签。 3 软件设计 ............................................................................ 错误!未定义书签。 3.1 应用软件的编制和调试 ............................................... 错误!未定义书签。 3.2 程序总体设计............................................................... 错误!未定义书签。 3.3 仿真图形 ...................................................................... 错误!未定义书签。 4 调试分析 .............................................................................. 错误!未定义书签。

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