SR电动机全数字伺服传动系统设计
引言 1
一、设计原理 2
二、控制方案及启动过程分析 4
（一）控制方案 4
（二）启动过程分析 5
三、软硬件具体设计 6
（一）硬件设计 6
（二）软件设计 6
四、系统仿真 11
（一）系统参数设置 12
（二）电流斩波控制 13
总结 15
参考文献 16
谢辞 17
引言
开关磁阻电动机驱动系统是一种变速驱动系统,该系统由SR控制器和SR电机,是世界上最具创新精神的今天,比例最高的速度控制系统，大范围的速度和调整操作容易实现和可编程控制或在线编程控制调速和改变。开关磁阻电动机启动系统,其结构单一,运行比较稳定,转矩惯量比大、效率高、成本比较低的优势,是未来一种变速启动系统具有很好的竞争力的变速启动系统。它不需要永久磁铁,转子绕组,没有刷,和在宽速度范围内具有良好的调速性能,与永磁无刷直流电机和感应电动机相比具有很强的竞争力和发展前景。
一、设计原理
设计的开关磁阻电动机伺服驱动系统主要由电源转换器(SRSD),开关磁阻电动机(SRM),目前的探测器,探测器位置,数字控制器四个主要部分,系统结构如图1-1:
图1-1 开关磁阻电动机数字伺服传动系统结构示意图
全部运行过程分析如下：在启动时，DSP检测SR电动机转子初始位置，根据检测到的位置信号，给相应的相绕组发出触发信号，电动机升速运行。在acc操作阶段,使用电压斩波控制方式,速度环反馈偏差与给定值,速度控制的速度所产生的电流的参考价值转速达到一定值时，SR电动机运行进入速度保持阶段，电流维持一恒定值不变。SR电动机减速运行时，采用 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
斩波控制与制动运行相结合的方式，克服SR电动机的转矩脉动。
电源转换器主要是负责能源供应体系,由直流(dc)带来的电池或交流整流电源、伺服系统的中心部分，运用SRM功率变换器主电路的设计和系统的实际价格有直接的影响。用于开关磁阻电动机调速系统的功率转换电路的主要类型：(1)不对称半桥式;(2)双绕组电源转换器;(3)使用直流电源的电源转换器;(4)再生电源转换器;(5)电容转储式等。
考虑到各种各样的电源转换器的优缺点和使用场合,选择每个阶段,主要有两个开关的不对称半桥变换器功率作为主要电源电路,确保独立,控制灵活,合适运用在比较大功率高压下工作,拥有比较优良的容错系统,从而保证系统的可靠性和稳定性。不对称半桥功率变换器主电路如图1-2所示。
图1-2 不对称半桥功率变换器主电路
SR电机在阶跃恢复二极管实现机电能量转换组件,阶跃恢复二极管的主要特点是不同于其他机电驱动体系,他的工作原理遵循“磁阻最小原理”,即沿磁通总是关闭阻力最小的路径,并且中心部分在移动最小的形状不情愿的位置,会让自己的的主要轴和轴磁场，电流检测器主要负责实时检测SRM电机的三相电流，以及对功率变换器主开关进行过流保护。
位置检测器的作用：
检测电动机定、转子相对位置；将转子实际运行速度反馈给控制器。
本设计采用光电转子位置传感器来检测转子位置，位置的转子位置检测器的输出信号，发送到逻辑控制电路，为了准确、实时控制电机相绕组电源总开关控制电源，数字控制器集成处理指令位置和速度反馈信号和电流传感器反馈信息，位置传感器，控制总开关的工作状态，设备电源转换器、SRM控制系统的操作。在SRSD,控制器具有以下特点：
（1）位置检测控制；
（2）电流控制、检测、保护；
（3）正、反转换相控制；
（4）速度、位置、电流显示。
二、控制方案及启动过程分析
（一）控制方案
由SRM电动机结构特点决定，绕组电感随转子位置角θ（即定、转子磁极相对位置）
变化而变化，以致绕组电流随之产生分段线性特性，可由一系列分段函数表示（分段区间亦由转子位置角决定）经整理，绕组电流可由下式统一描述：
（2-1）
将上式整理代入，得到：
（2-2）
（2-3）
其中
（2-4）
F是代表电机结构参数(如定子绕组电感和电弧,等等)和控制参数,如张角、断开角函数。
从上式中可以看出，有两种转速控制方法：
1、改变外施电压；
2、改变与开关角有关的参数F；
如果F是保持不变,欧米茄正比于美国,改变其应用电压会改变机器的速度。最需要的齿轮-一个典型的转矩速度特性,从静态基础速度恒转矩特性,上面基本速度恒功率特性、阶跃恢复二极管有两种基本控制策略:
1、欧米茄b低于基础速度、电流斩波控制(切电流控制,简称CCC),恒转矩输出特性。
2、欧米茄b高于基础速度、角度位置控制(介绍了位置控制,简称APC)恒功率输出特性。
（二）启动过程分析
与步进电机相比，SR电动机一直在自我与位置反馈同步工作，因此电动机前将不存在的步进电动机起动过程的启动频率过高造成的损失开始失败的原因。有更好的启动能力：大起动转矩、起动电流小，起始时间很短。之初开始，欧米茄r = 0,所以旋转电动势值为零，如果添加额定电压，我们直接开始电流太大，所以大动态影响的出现会破坏力矩马达和传导机制，所以在开始使用电流斩波控制方式限制起动电流振幅。
三、软硬件具体设计
（一）硬件设计
硬件局部包含控制器(DSP)、电流检测电路位置、信号输入电路、键盘、保护电路、显示器等。其总体如下图3-1所示：
图3-1 控制系统结构图
1.数字控制器：运用数字信号处理器(DSP)为中心的控制电路。使用DSP丰富的磁阻电动机伺服控制端口，简化系统结构及外围电路。DSP TMS320F240芯片采取单片机数字信号处理器。F240实时算术运算的作用，和集成电机控制外围设备，在硬件系统的策划和更少，为了有效地利用DSP的高性能降低硬件成本。使用F240，可以构成一个数字电流环，有效降低电机转矩脉动，使发动机稳定工作，这是在开关磁阻电动机伺服系统显得尤为重要。此外，对芯片的事件管理器提供了一个完整的高性能运动控制方案。
16快速DSP最小系统还包括32 k RAM、RS232通信电路与PC通信、20 MHZ时钟电路、看门狗电路、电压监测和复位电路、RS232通信电路与PC通信。TMS320F240芯片是其他的I / O和终止源,供应了系统的扩张空间。
2.位置信号输入电路，闭环控制系统，实时和精确位置检验的中心意思是闭环控制，所以位置检测是阶跃恢复二极管系统的关键环节之一。速率检测，该计划利用位置传感器位置检测，位置检测不但能够通过不停的检测位置来实现速度反映信号，并能肯定定子相对与位置的转子，以确定相应的相绕组。常见的位置检测是光敏类型、磁化率和接近开关机械方式。本设计采用光敏传感器。光敏转子位置传感器正常是因为光电脉冲发生器和转盘，是为了找到匹配的水平，提高系统的抗干扰能力，编码输入脉冲信号通过光耦合隔离后的塑料。
一、设计原理 2
二、控制方案及启动过程分析 4
（一）控制方案 4
（二）启动过程分析 5
三、软硬件具体设计 6
（一）硬件设计 6
（二）软件设计 6
四、系统仿真 11
（一）系统参数设置 12
（二）电流斩波控制 13
总结 15
参考文献 16
谢辞 17
引言
开关磁阻电动机驱动系统是一种变速驱动系统,该系统由SR控制器和SR电机,是世界上最具创新精神的今天,比例最高的速度控制系统，大范围的速度和调整操作容易实现和可编程控制或在线编程控制调速和改变。开关磁阻电动机启动系统,其结构单一,运行比较稳定,转矩惯量比大、效率高、成本比较低的优势,是未来一种变速启动系统具有很好的竞争力的变速启动系统。它不需要永久磁铁,转子绕组,没有刷,和在宽速度范围内具有良好的调速性能,与永磁无刷直流电机和感应电动机相比具有很强的竞争力和发展前景。
一、设计原理
设计的开关磁阻电动机伺服驱动系统主要由电源转换器(SRSD),开关磁阻电动机(SRM),目前的探测器,探测器位置,数字控制器四个主要部分,系统结构如图1-1:
图1-1 开关磁阻电动机数字伺服传动系统结构示意图
全部运行过程分析如下：在启动时，DSP检测SR电动机转子初始位置，根据检测到的位置信号，给相应的相绕组发出触发信号，电动机升速运行。在acc操作阶段,使用电压斩波控制方式,速度环反馈偏差与给定值,速度控制的速度所产生的电流的参考价值转速达到一定值时，SR电动机运行进入速度保持阶段，电流维持一恒定值不变。SR电动机减速运行时，采用 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
斩波控制与制动运行相结合的方式，克服SR电动机的转矩脉动。
电源转换器主要是负责能源供应体系,由直流(dc)带来的电池或交流整流电源、伺服系统的中心部分，运用SRM功率变换器主电路的设计和系统的实际价格有直接的影响。用于开关磁阻电动机调速系统的功率转换电路的主要类型：(1)不对称半桥式;(2)双绕组电源转换器;(3)使用直流电源的电源转换器;(4)再生电源转换器;(5)电容转储式等。
考虑到各种各样的电源转换器的优缺点和使用场合,选择每个阶段,主要有两个开关的不对称半桥变换器功率作为主要电源电路,确保独立,控制灵活,合适运用在比较大功率高压下工作,拥有比较优良的容错系统,从而保证系统的可靠性和稳定性。不对称半桥功率变换器主电路如图1-2所示。
图1-2 不对称半桥功率变换器主电路
SR电机在阶跃恢复二极管实现机电能量转换组件,阶跃恢复二极管的主要特点是不同于其他机电驱动体系,他的工作原理遵循“磁阻最小原理”,即沿磁通总是关闭阻力最小的路径,并且中心部分在移动最小的形状不情愿的位置,会让自己的的主要轴和轴磁场，电流检测器主要负责实时检测SRM电机的三相电流，以及对功率变换器主开关进行过流保护。
位置检测器的作用：
检测电动机定、转子相对位置；将转子实际运行速度反馈给控制器。
本设计采用光电转子位置传感器来检测转子位置，位置的转子位置检测器的输出信号，发送到逻辑控制电路，为了准确、实时控制电机相绕组电源总开关控制电源，数字控制器集成处理指令位置和速度反馈信号和电流传感器反馈信息，位置传感器，控制总开关的工作状态，设备电源转换器、SRM控制系统的操作。在SRSD,控制器具有以下特点：
（1）位置检测控制；
（2）电流控制、检测、保护；
（3）正、反转换相控制；
（4）速度、位置、电流显示。
二、控制方案及启动过程分析
（一）控制方案
由SRM电动机结构特点决定，绕组电感随转子位置角θ（即定、转子磁极相对位置）
变化而变化，以致绕组电流随之产生分段线性特性，可由一系列分段函数表示（分段区间亦由转子位置角决定）经整理，绕组电流可由下式统一描述：
（2-1）
将上式整理代入，得到：
（2-2）
（2-3）
其中
（2-4）
F是代表电机结构参数(如定子绕组电感和电弧,等等)和控制参数,如张角、断开角函数。
从上式中可以看出，有两种转速控制方法：
1、改变外施电压；
2、改变与开关角有关的参数F；
如果F是保持不变,欧米茄正比于美国,改变其应用电压会改变机器的速度。最需要的齿轮-一个典型的转矩速度特性,从静态基础速度恒转矩特性,上面基本速度恒功率特性、阶跃恢复二极管有两种基本控制策略:
1、欧米茄b低于基础速度、电流斩波控制(切电流控制,简称CCC),恒转矩输出特性。
2、欧米茄b高于基础速度、角度位置控制(介绍了位置控制,简称APC)恒功率输出特性。
（二）启动过程分析
与步进电机相比，SR电动机一直在自我与位置反馈同步工作，因此电动机前将不存在的步进电动机起动过程的启动频率过高造成的损失开始失败的原因。有更好的启动能力：大起动转矩、起动电流小，起始时间很短。之初开始，欧米茄r = 0,所以旋转电动势值为零，如果添加额定电压，我们直接开始电流太大，所以大动态影响的出现会破坏力矩马达和传导机制，所以在开始使用电流斩波控制方式限制起动电流振幅。
三、软硬件具体设计
（一）硬件设计
硬件局部包含控制器(DSP)、电流检测电路位置、信号输入电路、键盘、保护电路、显示器等。其总体如下图3-1所示：
图3-1 控制系统结构图
1.数字控制器：运用数字信号处理器(DSP)为中心的控制电路。使用DSP丰富的磁阻电动机伺服控制端口，简化系统结构及外围电路。DSP TMS320F240芯片采取单片机数字信号处理器。F240实时算术运算的作用，和集成电机控制外围设备，在硬件系统的策划和更少，为了有效地利用DSP的高性能降低硬件成本。使用F240，可以构成一个数字电流环，有效降低电机转矩脉动，使发动机稳定工作，这是在开关磁阻电动机伺服系统显得尤为重要。此外，对芯片的事件管理器提供了一个完整的高性能运动控制方案。
16快速DSP最小系统还包括32 k RAM、RS232通信电路与PC通信、20 MHZ时钟电路、看门狗电路、电压监测和复位电路、RS232通信电路与PC通信。TMS320F240芯片是其他的I / O和终止源,供应了系统的扩张空间。
2.位置信号输入电路，闭环控制系统，实时和精确位置检验的中心意思是闭环控制，所以位置检测是阶跃恢复二极管系统的关键环节之一。速率检测，该计划利用位置传感器位置检测，位置检测不但能够通过不停的检测位置来实现速度反映信号，并能肯定定子相对与位置的转子，以确定相应的相绕组。常见的位置检测是光敏类型、磁化率和接近开关机械方式。本设计采用光敏传感器。光敏转子位置传感器正常是因为光电脉冲发生器和转盘，是为了找到匹配的水平，提高系统的抗干扰能力，编码输入脉冲信号通过光耦合隔离后的塑料。
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