基于DSP的开关磁阻电机控制系统研究与设计

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在工业控制、航空航天和兵工机械等各个领域中,开关磁阻电机(SRM)在要求效率高、可控性好、可靠性高以及经济性等方面都具有明显的优势。但是开关磁阻电机由于其转矩脉动问题较大,并由此带来的震动、噪音等问题,限制了其在低噪音、高精度要求的控制系统中的应用。开关磁阻电机的转矩脉动是由电机本体结构和相应的控制策略共同决定的。通常情况下,通过优化电机的结构,并配合此种结构下一定的转矩脉动抑制策略,可以抑制或削弱开关磁阻电机的换相电磁转矩脉动,因而可以提高调速控制系统的性能。开关磁阻电机传统角度位置控制(APC)和电流斩波控制(CCC)时,方法较为简单,但此时电机电磁转矩脉动问题比较严重。为抑制开关磁阻电机的转矩脉动,本文从电机结构设计和控制策略两方面入手,设计了满足设计要求的电机结构,并应用了开关磁阻电机的滑模变结构转矩分配控制方法。首先,在分析和建立SRM线性数学模型的基础上,讨论了电机的准线性和非线性模型。其次,分析了滑模变结构控制和转矩分配控制两种方法的具体实现方法,并结合这两种方法,设计了基于转矩分配的滑模变结构调节器,应用李亚普诺夫方法证明了滑模控制器的到达条件和稳定条件,并分析了开关磁阻电机换相期间转矩脉动产生的具体过程。再次,搭建了开关磁阻电机滑模变结构转矩分配控制系统的基本结构,并计算选择了控制系统中的相关参数,在Ansoft/Maxwell和Matlab/Simulink中进行了系统的仿真研究。最后,完成了基于DSP的调速控制系统的硬件组成和部分软件程序设计。滑模变结构转矩分配控制算法简单、易于实现、对系统干扰的敏感度低,具有很强的鲁棒性和抗干扰能力,是一种很有发展前途的控制方法,并且也适合于计算机控制的实现,从本文的设计和应用可以看到,开关磁阻电机滑模变结构转矩分配控制可以有效抑制转矩脉动和低速换相电磁转矩脉动。
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