dtc的开关磁阻电机控制系统
本论文简述了开关磁阻电机的研究现状及发展趋势，综述了开关磁阻电机的控制方法和特点。介绍了开关磁阻电机的结构和工作原理，推导了其数学模型。对开关磁阻电机几种不同控制方式进行了对比分析，给出了开关磁阻电机直接转矩控制（DTC）策略。
在仿真软件MATLAB/SIMULINK中构建了开关磁阻电机直接转矩控制系统仿真模型，对建立的系统仿真模型进行了仿真分析，给出了相关仿真结果。
采用TMS320F2812 DSP作为控制器，设计了开关磁阻电机直接转矩控制系统，给出了系统框图；对系统的控制器，功率变换器，速度、位置检测电路，电流检测电路，故障监测与保护电路等相关硬件电路进行了设计，给出了各个模块的电路图，并分析了各个模块的功能特性。最后，给出了相关软件程序流程图，并进行了简要分析。
关键词 开关磁阻电机，DTC，仿真分析，TMS320F2812 DSP，硬件
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的研究意义 1
1.2 课题研究的背景、现状及发展趋势 1
1.2.1 研究背景和现状 1
1.2.2 发展趋势 3
1.3 开关磁阻电机控制方法 3
1.3.1 角度控制方式（APC） 3
1.3.2 电流斩波控制方式（CCC） 3
1.3.3 电压斩波控制方式（PWM） 4
1.3.4 矢量控制方式 4
1.3.5 直接转矩控制方式（DTC） 5
1.4 开关磁阻电机特点 5
1.5 工作安排 6
2 SRM的数学模型和控制策略 6
2.1 SRM的结构和工作原理 6
2.2 SRM的数学模型 8
2.2.1 SRM的基本方程 8 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
/> 2.2.2 SRM瞬时转矩方程 8
2.3 直接转矩控制策略 9
2.3.1 SRM理论基础 10
2.3.2 开关磁阻电机功率变换器形式 11
2.3.3 SRM空间电压矢量选择 12
3 MATLAB仿真实现 13
3.1 MATLAB仿真软件简介 13
3.2 基于DTC的开关磁阻电机控制系统仿真及分析 13
3.2.1 功率变换器 14
3.2.2 转矩、磁链估算 14
3.2.3 转矩、磁链调节 15
3.2.4 定子磁链区间判断 15
3.2.5 开关表 16
3.3 PI速度控制模块 16
3.4 仿真结果分析 18
4 SRM的控制系统设计 20
4.1 系统硬件总体结构 20
4.2 控制器 20
4.2.1 TMS320F2812 DSP芯片简介 21
4.2.2 DSP 2812最小系统 22
4.3 功率变换器设计 25
4.3.1 功率变换器元器件定额与选型 26
4.3.2 主开关器件驱动电路设计 26
4.4 速度、位置检测硬件设计 27
4.5 电流检测电路设计 28
4.6 故障检测与保护电路 29
4.7 软件部分介绍 29
4.7.1 主程序及相关初始化子程序设计 29
4.7.2 中断服务子程序设计 30
4.7.3 DTC子程序设计 31
总结与展望 33
致 谢 34
参 考 文 献 35
附录：DSP 2812最小系统原理图 37
1 绪论
1.1 课题的研究意义
在20世纪后期，无刷直流电机（BLDCM）调速系统和变频调速系统在当时的技术水平上已经比较成熟，但是缺点很多。而此时，为适应科技技术水平的提升，一个新型交流无级调速系统产生——开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor—简称SRM）调速系统出现了，其势头迅速压过传统方式并被广泛运用生活工作的每个角落，快速成为当代该领域的一支主力军。SRM的结构十分简单，具有可靠的运行能力，可调速的范围相对其他调速系统较宽，而且调速性能要比其他的优异许多，SRM运行时的效率很高，在很大的程度上弥补了BLDCM和变频调速系统的短板。而其可靠性和可控性又在不同程度上优于变频调速系统和直流调速，为以后的电机控制系统发展奠定了基础[1,2,6,8]。
因为SRM的性能特点，结构特点，都与当代电动车辆的驱动要求适合，所以其驱动系统的产生和发展一直都与电动车辆息息相关。当时，中国的政府也在1996年到2010年间深入的研究了电动汽车项目，使中国的技术不落后于世界水平。目前SRM驱动系统也有很多用于电动车辆的驱动电机与汽车的启动发电机上。
电机在运转的时候，转矩脉动会密切影响到振动和噪声，转矩脉动越大，振动和噪声也就越大。而一般家用电器或者电动汽车上多采用这种转矩大的电机，所以振动与噪声会严重影响到家用电器或电动汽车使用的舒适度。所以当前的主要研究课题就是如何减小SRM在运行时产生的振动与噪声，即从控制的角度减小SRM在运行时的转矩脉动[3,4,5,33]。
1.2 课题研究的背景、现状及发展趋势
1.2.1 研究背景和现状
在1840年就已经出现了大量SRM相关的理论知识。两个英籍科学家与随后两年日子里做出了可以在平时用的车上使用的电机，其构成只是简单的磁铁。在原先科学家那个时代，科学家将相关的绕组隔断电源时，电路中存在相应不足，于是在以后的发展中，人们并没有过多的去注意SRM的发展。
时光荏苒，岁月如梭，科技在不断进步,市面也随之出现了大功率晶闸管，这种器件能够让SRD（开关磁阻电动机调速系统，Switched Reluctance Motor Drives，SRD）更容易且便捷的被应用于各种情况，这样技术背景同时使得人们对SRD的研究开始有了规模。紧接着十年后，北美的某一家企业顺着发展推出了一款SRD产品，这款SRD同时具有发电和电动两种不同功能，这个企业研发生产的SRD差您安装在日代步工具上非常实用，且能够发挥出很好的性能[6,12]。
1980年Lawrenson教授发表了一个研究课题，名为“Variable-speed Switched Reluctance Motors（变速开关磁阻电动机）”，这位教授的论文有条理的全面阐述了SRM的基本原理与其卓越之处，并且做了一定的总结和提升，探讨出的新型磁阻电机可控制性能、效率等性能指标均能与交流感应电机媲美，甚至还比其更加优秀。
1984年TASC Drives公司在一次会议上向世界大众推出了其公司四种规格系列的产品。而由于TASC Drives公司所生产的产品确实在许多指标上满足了人们所期望的得到的那种产品，并且其系列系统综合性价比也极高，综上所述拥有这些优点的产品在整个电气传动界引起了人们的极大关注。
目前SRM的应用领域有：
SRM工作效率非常特别的高。可非常轻易的在较宽的转速调节范围之内和不同负载下，高水平的使控制变得更加简单高效。
（7）SRM调速系统作为全新兴起的新秀，并融合了传动技术的特色，SRM开始挑战该技术在各个领域的地位。逐渐应用于第一产业，第二产业和各类高精尖技术中。
（2.3）
机械方程：SRM的机械方程通过电磁转矩Te和负载转矩TL来进行计算：
1 绪论 1
1.1 课题的研究意义 1
1.2 课题研究的背景、现状及发展趋势 1
1.2.1 研究背景和现状 1
1.2.2 发展趋势 3
1.3 开关磁阻电机控制方法 3
1.3.1 角度控制方式（APC） 3
1.3.2 电流斩波控制方式（CCC） 3
1.3.3 电压斩波控制方式（PWM） 4
1.3.4 矢量控制方式 4
1.3.5 直接转矩控制方式（DTC） 5
1.4 开关磁阻电机特点 5
1.5 工作安排 6
2 SRM的数学模型和控制策略 6
2.1 SRM的结构和工作原理 6
2.2 SRM的数学模型 8
2.2.1 SRM的基本方程 8
/> 2.2.2 SRM瞬时转矩方程 8
2.3 直接转矩控制策略 9
2.3.1 SRM理论基础 10
2.3.2 开关磁阻电机功率变换器形式 11
2.3.3 SRM空间电压矢量选择 12
3 MATLAB仿真实现 13
3.1 MATLAB仿真软件简介 13
3.2 基于DTC的开关磁阻电机控制系统仿真及分析 13
3.2.1 功率变换器 14
3.2.2 转矩、磁链估算 14
3.2.3 转矩、磁链调节 15
3.2.4 定子磁链区间判断 15
3.2.5 开关表 16
3.3 PI速度控制模块 16
3.4 仿真结果分析 18
4 SRM的控制系统设计 20
4.1 系统硬件总体结构 20
4.2 控制器 20
4.2.1 TMS320F2812 DSP芯片简介 21
4.2.2 DSP 2812最小系统 22
4.3 功率变换器设计 25
4.3.1 功率变换器元器件定额与选型 26
4.3.2 主开关器件驱动电路设计 26
4.4 速度、位置检测硬件设计 27
4.5 电流检测电路设计 28
4.6 故障检测与保护电路 29
4.7 软件部分介绍 29
4.7.1 主程序及相关初始化子程序设计 29
4.7.2 中断服务子程序设计 30
4.7.3 DTC子程序设计 31
总结与展望 33
致 谢 34
参 考 文 献 35
附录：DSP 2812最小系统原理图 37
1 绪论
1.1 课题的研究意义
在20世纪后期，无刷直流电机（BLDCM）调速系统和变频调速系统在当时的技术水平上已经比较成熟，但是缺点很多。而此时，为适应科技技术水平的提升，一个新型交流无级调速系统产生——开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor—简称SRM）调速系统出现了，其势头迅速压过传统方式并被广泛运用生活工作的每个角落，快速成为当代该领域的一支主力军。SRM的结构十分简单，具有可靠的运行能力，可调速的范围相对其他调速系统较宽，而且调速性能要比其他的优异许多，SRM运行时的效率很高，在很大的程度上弥补了BLDCM和变频调速系统的短板。而其可靠性和可控性又在不同程度上优于变频调速系统和直流调速，为以后的电机控制系统发展奠定了基础[1,2,6,8]。
因为SRM的性能特点，结构特点，都与当代电动车辆的驱动要求适合，所以其驱动系统的产生和发展一直都与电动车辆息息相关。当时，中国的政府也在1996年到2010年间深入的研究了电动汽车项目，使中国的技术不落后于世界水平。目前SRM驱动系统也有很多用于电动车辆的驱动电机与汽车的启动发电机上。
电机在运转的时候，转矩脉动会密切影响到振动和噪声，转矩脉动越大，振动和噪声也就越大。而一般家用电器或者电动汽车上多采用这种转矩大的电机，所以振动与噪声会严重影响到家用电器或电动汽车使用的舒适度。所以当前的主要研究课题就是如何减小SRM在运行时产生的振动与噪声，即从控制的角度减小SRM在运行时的转矩脉动[3,4,5,33]。
1.2 课题研究的背景、现状及发展趋势
1.2.1 研究背景和现状
在1840年就已经出现了大量SRM相关的理论知识。两个英籍科学家与随后两年日子里做出了可以在平时用的车上使用的电机，其构成只是简单的磁铁。在原先科学家那个时代，科学家将相关的绕组隔断电源时，电路中存在相应不足，于是在以后的发展中，人们并没有过多的去注意SRM的发展。
时光荏苒，岁月如梭，科技在不断进步,市面也随之出现了大功率晶闸管，这种器件能够让SRD（开关磁阻电动机调速系统，Switched Reluctance Motor Drives，SRD）更容易且便捷的被应用于各种情况，这样技术背景同时使得人们对SRD的研究开始有了规模。紧接着十年后，北美的某一家企业顺着发展推出了一款SRD产品，这款SRD同时具有发电和电动两种不同功能，这个企业研发生产的SRD差您安装在日代步工具上非常实用，且能够发挥出很好的性能[6,12]。
1980年Lawrenson教授发表了一个研究课题，名为“Variable-speed Switched Reluctance Motors（变速开关磁阻电动机）”，这位教授的论文有条理的全面阐述了SRM的基本原理与其卓越之处，并且做了一定的总结和提升，探讨出的新型磁阻电机可控制性能、效率等性能指标均能与交流感应电机媲美，甚至还比其更加优秀。
1984年TASC Drives公司在一次会议上向世界大众推出了其公司四种规格系列的产品。而由于TASC Drives公司所生产的产品确实在许多指标上满足了人们所期望的得到的那种产品，并且其系列系统综合性价比也极高，综上所述拥有这些优点的产品在整个电气传动界引起了人们的极大关注。
目前SRM的应用领域有：
SRM工作效率非常特别的高。可非常轻易的在较宽的转速调节范围之内和不同负载下，高水平的使控制变得更加简单高效。
（7）SRM调速系统作为全新兴起的新秀，并融合了传动技术的特色，SRM开始挑战该技术在各个领域的地位。逐渐应用于第一产业，第二产业和各类高精尖技术中。
（2.3）
机械方程：SRM的机械方程通过电磁转矩Te和负载转矩TL来进行计算：
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