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无位置传感器的开关磁阻电机的控制策略及软件开发

作　者: 孟耀辉
导　师: 张玉璘
学　校: 济南大学
专　业: 计算机技术
关键词: 开关磁阻电机控制策略双闭环控制无位置检测 DSP
分类号: TM352
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

开关磁阻电机自问之后的100多年间其发展较为缓慢，随着大功率晶闸管的研制及投产使用，为开关磁阻电机的发展奠定了物质基础，更为开关磁阻电机的发展燃发了生机。开关磁阻电机驱动系统作为新型的新型调速驱动系统，它具有低成本、高效率、结构简单、灵活的可控性和优良的调速性能的优点，还兼具交流调速系统和直流调速系统的优点。目前，开关磁阻电机已经逐渐走向市场，该电机已成功地应用在通用工业、纺织机械、电动车驱动和家用电器等各个工业领域。由于开关磁阻电机自身结构的高度非线性，给开关磁阻电机的控制增加了复杂性。目前的开关磁阻电机的控制策略虽然已经能较好的实现其控制，但仍需改进和完善。PID控制是传统的控制方式，也是使用时间最长、最为完善的控制方式。所以本论文使用了PI控制。由于开关磁阻电机的非线性特性，是对开关磁阻电机的控制有别于其他线性系统。模糊控制作为新型的智能控制方法，目前已应用在很多领域，该控制方式针对非线性系统具有较好的控制效果，所以本论文也采用了模糊控制。本论文采用的是外环采用速度环，内环采用电流环，并且自动调节角度的双闭环控制策略。在Matlab/Simulink的环境下能够很好地实现对开关磁阻电机的双闭环控制，且具有稳定、高效、起动动速度快、调速范围大、调速精确度高、响应时间短的特点，能够在有负载的情况下同样具备这些特点。位置检测是开关磁阻电机控制系统运行的基础，是保证开关磁阻电机具有良好性能的首要条件。目前在实际应用中，普遍采用有位置检测器，而有位置的检测器不仅增加了开关磁阻电机的体积和成体，还降低了开关磁阻电的可靠性和坚固性，使开关磁阻电机的优势不能充分发挥出来。所以本论文研究了开关磁阻电机的无位置检测技术。本论文作者通过对现有的无位置检测技术进行深入的分析和研究，提出了四种无位置检测方法，即估算角度法、简化磁链法、导通关断简化磁链法和模糊神经网络法。本文作者独创了估算角度法，该方法保留了查表法的特点，并克服了存储空间大的缺点。简化磁链法是较为成熟和便捷的无位置检测方法，本文首次把该方法应用在了Matlab/Simulink软件自带的SRM模型上。针对简化磁链法的缺点，本文作者对该方法进行了改进，创立了导通关断简化磁链法。本文作者对目前已有的模糊神经网络法进行了分析和研究，针对自带模型的磁链特性，通过独特的训练神经网络的训练得到了模糊控制规则。此四种无位置检测方法均能实现对SRM的双闭环控制，可以根据不同的场合来选择使用。最后，本文以TMS320F2812芯片作为控制芯片，根据所采用的控制策略和无位置检测，设计了开关磁阻电机的软件。

全文目录

摘要  8-10
Abstract  10-12
第一章绪论  12-18
  1.1 开关磁阻电机的概述  12-13
  1.2 开关磁阻电机的国内外发展状况及发展趋势  13-14
  1.3 开关磁阻电机的应用领域  14-16
  1.4 开关磁阻电机的研究热点  16-17
  1.5 本论文的研究内容  17
  1.6 本论文的研究意义  17-18
第二章开关磁阻电机的工作原理及数学模型  18-38
  2.1 开关磁阻电机的结构  18-20
  2.2 开关磁阻电机的工作原理  20-21
  2.3 开关磁阻电机的驱动系统  21-23
  2.4 开关磁阻电机驱动系统的特征  23-25
  2.5 开关磁阻电机的数学模型  25-28
    2.5.1 概述  25-26
    2.5.2 电路方程  26
    2.5.3 机械方程  26-27
    2.5.4 机电联系方程  27-28
  2.6 开关磁阻电机的实用模型  28-36
    2.6.1 线性模型  29-35
    2.6.2 准线性模型  35-36
    2.6.3 非线性模型  36
  2.7 本章小结  36-38
第三章开关磁阻电机的控制策略  38-50
  3.1 基本控制方式  38-41
    3.1.1 位置角控制  38-39
    3.1.2 电流斩波控制  39
    3.1.3 电压斩波控制  39-41
  3.2 控制策略  41
  3.3 PID 控制理论  41-46
    3.3.1 概述  41-42
    3.3.2 模拟 PID 原理  42-43
    3.3.3 数字 PID 控制  43-45
    3.3.4 采样周期的选择  45-46
    3.3.5 参数整定  46
  3.4 模糊控制理论  46-49
    3.4.1 概述  46-47
    3.4.2 模糊集合与模糊数学  47
    3.4.3 隶属度函数  47-48
    3.4.4 模糊控制原理  48-49
    3.4.5 模糊 PI 控制  49
  3.5 本章小结  49-50
第四章基于 Matlab/Simulink 的开关磁阻电机控制策略的仿真  50-70
  4.1 软件 Matlab/Simulink 的简介  50
  4.2 开关磁阻电机的控制系统  50-54
    4.2.1 开关磁阻电机模型  51-53
    4.2.2 功率控制器  53
    4.2.3 位置传感器  53-54
  4.3 控制策略的仿真  54-68
    4.3.1 角度位置控制  54-56
    4.3.2 电流 PI 控制  56-58
    4.3.3 双闭环控制  58-59
    4.3.4 变角度控制  59-60
    4.3.5 速度 PI 控制  60-61
    4.3.6 速度模糊 PI 控制  61-64
    4.3.7 外环模糊 PI、内环电流 PI、变角度控制  64-68
  4.4 本章小结  68-70
第五章无位置传感技术及其仿真  70-84
  5.1 无位置检测概述  70-71
  5.2 估算角度法  71-74
  5.3 简化磁链法  74-76
  5.4 开通关断简化磁链法  76-78
  5.5 模糊神经网络检测法  78-83
    5.5.1 模糊神经网络简述  78-79
    5.5.2 ANFIS 的网络结构  79-80
    5.5.3 模糊神经网络的训练算法  80-81
    5.5.4 模糊神经网络的训练  81
    5.5.5 模糊神经网络检测法原理  81-82
    5.5.6 仿真及测试  82-83
  5.6 本章小结  83-84
第六章硬件核心及软件设计  84-92
  6.1 硬件核心  84-85
  6.2 TMS320F2812 芯片的结构及特点  85
  6.3 软件设计  85-90
    6.3.1 初始化程序  86-87
    6.3.2 主程序  87
    6.3.3 启动子程序  87-88
    6.3.4 位置检测子程序  88-89
    6.3.5 控制策略子程序  89
    6.3.6 转速计算子程序  89-90
  6.4 本章小结  90-92
第七章总结及展望  92-94
参考文献  94-100
致谢  100

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