PLC控制開關(guān)磁阻電機(jī)在無梭織機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用

開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文簡(jiǎn)介 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（switchedreluctncedrive，簡(jiǎn)稱srd）是由開關(guān)磁阻電 動(dòng)機(jī)、電力電子開關(guān)電路及驅(qū)動(dòng)控制部分組成的高性能調(diào)速系統(tǒng)。開關(guān)磁阻電機(jī)具有結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固、成本低、容錯(cuò)能力強(qiáng)、調(diào)速范圍寬、低速轉(zhuǎn)矩大、起動(dòng)電流小、轉(zhuǎn)速精度 高、耐高溫、可頻繁起動(dòng)制動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，又在高度發(fā)展的電力電子和微機(jī)控制技術(shù)的支持 下獲得了良好的可控性能。因此，開關(guān)磁阻電機(jī)在驅(qū)動(dòng)調(diào)速領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 本文首先介紹了課題研究背景和意義。給出了開關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)的組成、運(yùn)行 原理和控制方式。給出了開關(guān)磁阻電機(jī)的控制策略。在matlab/simulink交互式仿真集 成環(huán)境下，對(duì)開關(guān)磁阻控制系統(tǒng)進(jìn)行了建模、仿真及分析。接著，給出了開關(guān)磁阻控制 系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)方案。主要包括：dsptms320lf2407最小系統(tǒng)、位置檢測(cè)電路、 電流檢測(cè)

開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì) 摘要：開關(guān)磁阻電機(jī)（srm）的模型是進(jìn)行srm的仿真和性能 預(yù)測(cè)、控制算法設(shè)計(jì)等研究的基礎(chǔ)。該項(xiàng)目所用500?w電機(jī)模型是 在matlab平臺(tái)下基于srm的物理特性所建立的srm查找表模 型，并基于該模型，建立了srm仿真系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞：開關(guān)磁阻電機(jī)模型仿真系統(tǒng)srm 1開關(guān)磁阻電機(jī)的建模問題 開關(guān)磁阻電機(jī)的非線性使其性能的精確分析和計(jì)算較為困難。由 于srm電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子采用雙凸極結(jié)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)其定、轉(zhuǎn) 子極身存在著顯著的邊緣效應(yīng)和高度局部飽和，從而引起了整個(gè)磁路 的高度非線性，其每相繞組的電感是電流和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置角的非線 性函數(shù)，很難準(zhǔn)確建立srm電機(jī)的非線性電感模型，因此如何建立 比較精確的srm電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，是國(guó)內(nèi)外廣大學(xué)者一直研究的問 題。 2srm模型數(shù)據(jù)的獲取 目前，關(guān)于srm電

以四相8/6極、5.5kw開關(guān)磁阻電機(jī)為研究對(duì)象,以tms320f240型dsp為控制器核心,采用最少開關(guān)器件的功率變換器主電路,主功率開關(guān)器件選用igbt,設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠,調(diào)速性能優(yōu)良。

開關(guān)磁阻電機(jī)(srm)的模型是進(jìn)行srm的仿真和性能預(yù)測(cè)、控制算法設(shè)計(jì)等研究的基礎(chǔ)。該項(xiàng)目所用500w電機(jī)模型是在matlab平臺(tái)下基于srm的物理特性所建立的srm查找表模型,并基于該模型,建立了srm仿真系統(tǒng)。

介紹了單神經(jīng)元自適應(yīng)pid算法原理,提出了以單神經(jīng)元自適應(yīng)pid控制算法為核心的四相8/6極開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)。以mcs80c196kc單片機(jī)作為控制器,對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的硬件電路和軟件部分進(jìn)行了設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了單神經(jīng)元pid自適應(yīng)控制算法在開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速中的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)證明,該控制算法有助于改善開關(guān)磁阻電機(jī)的調(diào)速性能。

通過結(jié)合開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的兩種控制方式——電流斬波控制和角度位置控制,在matlab/simulink的環(huán)境下建立仿真模型,使得開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)速能在0~10000r/min的寬范圍內(nèi)進(jìn)行平滑調(diào)節(jié)。仿真結(jié)果表明,該仿真模型設(shè)計(jì)較為合理,對(duì)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)能夠達(dá)到預(yù)期效果。

在簡(jiǎn)要介紹和分析開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(srd)的各個(gè)組成部分的基礎(chǔ)上,在matlab/simulink中,分別構(gòu)建了各個(gè)部分的仿真模型,并介紹了模塊的功能及工作原理。將每個(gè)仿真模型連接構(gòu)成srd的系統(tǒng)仿真模型。系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制:速度環(huán)采用pi控制,電流環(huán)采用角度位置控制與電流斬波控制相結(jié)合的方法,保證了開關(guān)磁阻電機(jī)(srm)在低速或高速運(yùn)行時(shí)都可獲得滿意的性能。仿真結(jié)果證明了pi調(diào)節(jié)的無偏差速度調(diào)節(jié)的有效性。

無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng),因此其控制策略的研究非常重要。高速時(shí)由于反電勢(shì)的增加,使懸浮繞組開通時(shí)刻電流難以跟蹤,導(dǎo)致瞬時(shí)懸浮力難以控制,因此有必要研究基于平均懸浮力和平均轉(zhuǎn)矩的無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)控制策略。根據(jù)無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)的懸浮原理和數(shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)平均懸浮力和平均轉(zhuǎn)矩的控制策略。主繞組電流和懸浮繞組電流均采用方波控制。推導(dǎo)了平均懸浮力與繞組電流之間的關(guān)系,以及主繞組電流和懸浮繞組電流的計(jì)算公式。給出了超前角和繞組電流的計(jì)算流程。針對(duì)12/8結(jié)構(gòu)的無軸承開關(guān)磁阻電機(jī),設(shè)計(jì)了以數(shù)字信號(hào)處理器tms320c2812為核心的控制系統(tǒng)。通過實(shí)驗(yàn)給出了繞組電流波形和轉(zhuǎn)子位移波形。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示了電機(jī)的穩(wěn)定懸浮,驗(yàn)證了此控制策略的可行性。

以tms320f2407dsp為核心控制器,設(shè)計(jì)了一種性能優(yōu)良的開關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng).其控制電路主要包括主控模塊、電流檢測(cè)模塊、位置傳感器模塊、串口電路、故障檢測(cè)和保護(hù)電路等;采用不對(duì)稱橋式撲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了功率變換器及其驅(qū)動(dòng)電路模塊;采用速度和電流雙閉環(huán)的形式,完成對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)的控制.

無軌膠輪車可以在爆炸氣體環(huán)境中運(yùn)行,是煤礦輔助運(yùn)輸中先進(jìn)系統(tǒng)之一。純電動(dòng)無軌膠輪車無尾氣污染,噪聲小,節(jié)能效果好,非常適合于井下封閉環(huán)境作業(yè)。防爆開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)(srd)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、恒功率范圍寬、系統(tǒng)效率高,高效區(qū)達(dá)70%以上,非常適合作為純電動(dòng)無軌膠輪車主驅(qū)動(dòng)電機(jī)。介紹防爆開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)在純電動(dòng)無軌膠輪車中的應(yīng)用情況,并給出主要測(cè)試結(jié)果。

為抑制開關(guān)磁阻電機(jī)(srm)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),從電機(jī)設(shè)計(jì)和控制的角度出發(fā)都需要快速、正確地獲取其磁鏈和轉(zhuǎn)矩模型。本文根據(jù)srm磁鏈隨角度、電流的變化特點(diǎn),取6個(gè)特殊轉(zhuǎn)子位置處的磁鏈數(shù)據(jù),用七次多項(xiàng)式函數(shù)來建立srm磁鏈模型和轉(zhuǎn)矩模型,與有限元計(jì)算結(jié)果對(duì)比表明,所提方法具有快速和準(zhǔn)確性。

開關(guān)磁阻電機(jī)研究的 背景及意義 一、項(xiàng)目目的與意義 開關(guān)磁阻電機(jī)設(shè)計(jì)及其在礦山機(jī)械中的應(yīng)用研究項(xiàng)目屬于《國(guó)家 中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）》中工業(yè)節(jié)能（機(jī)電產(chǎn) 品節(jié)能）、基礎(chǔ)件和通用部件的重點(diǎn)支持領(lǐng)域，同時(shí)符合《湖南省加 快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)總體規(guī)劃綱要》高效節(jié)能制造產(chǎn)業(yè)中節(jié) 能電機(jī)重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(srd)調(diào)速系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)和電力電子技術(shù)的 控制器及開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的新型調(diào)速系統(tǒng)，由開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)與微機(jī) 智能控制器兩個(gè)部分組成。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的突出特點(diǎn)是效 率高、節(jié)能效果好、調(diào)速范圍廣、無啟動(dòng)沖擊電流、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、控 制靈活，此外還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固可靠、成本低等優(yōu)點(diǎn)。除可以取 代已有的電氣傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)(如直流調(diào)速系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng))外，開 關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)還十分適用于礦山井下機(jī)電設(shè)備需要重載啟 動(dòng)、頻繁啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)

針對(duì)單極性勵(lì)磁時(shí)四相8/6結(jié)構(gòu)分塊轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)的定子磁通沖突問題,把雙極性勵(lì)磁方法應(yīng)用于四相8/6結(jié)構(gòu)分塊轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī),基于2d有限元建立雙極性分塊轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)的場(chǎng)路耦合模型,計(jì)算雙極性分塊轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)的電流、轉(zhuǎn)矩及銅耗,并在(r,θ)坐標(biāo)系中細(xì)致描述定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心特征區(qū)域的磁密周期性變化規(guī)律,最后應(yīng)用雙頻法分離鐵損獲得鐵心的渦流損耗和磁滯損耗。計(jì)算結(jié)果表明,與同等雙極性勵(lì)磁的8/6結(jié)構(gòu)雙極性普通開關(guān)磁阻電機(jī)相比,8/6結(jié)構(gòu)雙極性分塊轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大,但銅耗減小約32%,鐵耗減小約35%。

提出了一種新型結(jié)構(gòu)無軸承開關(guān)磁阻電機(jī),其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化,運(yùn)行過程中不需要切換控制繞組,降低了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。分析了該電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和懸浮原理,并基于有限元計(jì)算法對(duì)新型結(jié)構(gòu)電機(jī)和常規(guī)結(jié)構(gòu)電機(jī)進(jìn)行了比較,包括:1)兩種電機(jī)在旋轉(zhuǎn)過程中轉(zhuǎn)子徑向氣隙磁密分布、徑向力產(chǎn)生情況以及產(chǎn)生懸浮力的同時(shí)對(duì)靜態(tài)輸出轉(zhuǎn)矩的影響;2)比較了控制繞組通電電流變化時(shí)產(chǎn)生徑向力情況及對(duì)靜態(tài)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的影響。性能分析及比較結(jié)果表明,新型結(jié)構(gòu)無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)具有優(yōu)良的懸浮與旋轉(zhuǎn)性能,研究結(jié)果為該電機(jī)的進(jìn)一步建模及運(yùn)行控制建立了基礎(chǔ)。

高效節(jié)能電機(jī)與普通電機(jī)的功率等級(jí)及安裝尺寸相同,所不同的是開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)損耗低,效率高,缺相不燒電機(jī)。用高效節(jié)能電機(jī)是從根本上實(shí)現(xiàn)節(jié)能的最佳途徑。

介紹了雙開關(guān)磁阻伺服電動(dòng)機(jī)并聯(lián)傳動(dòng)系統(tǒng)的組成,利用數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)之間的同步通信和與上位機(jī)的異步通信完成系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的傳輸,給出了一個(gè)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)位置伺服的加速度控制策略,并對(duì)樣機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明,該控制策略能夠使伺服系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能,實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單。

五相開關(guān)磁阻電機(jī)(srm)相對(duì)于常用的三相、四相srm來說其技術(shù)難度較大,但轉(zhuǎn)矩波動(dòng)更小,運(yùn)行更加平穩(wěn)。結(jié)合近期實(shí)際研制的一種1.1kw五相srm調(diào)速系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱1.1kw系統(tǒng))闡述了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)時(shí)的一些要點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用證明該系統(tǒng)收到了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

i 開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（switchedreluctncedrive，簡(jiǎn)稱srd）是由開關(guān)磁阻電動(dòng) 機(jī)、電力電子開關(guān)電路及驅(qū)動(dòng)控制部分組成的高性能調(diào)速系統(tǒng)。開關(guān)磁阻電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單堅(jiān)固、成本低、容錯(cuò)能力強(qiáng)、調(diào)速范圍寬、低速轉(zhuǎn)矩大、起動(dòng)電流小、轉(zhuǎn)速精度高、耐 高溫、可頻繁起動(dòng)制動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，又在高度發(fā)展的電力電子和微機(jī)控制技術(shù)的支持下獲得了 良好的可控性能。因此，開關(guān)磁阻電機(jī)在驅(qū)動(dòng)調(diào)速領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 本文首先介紹了課題研究背景和意義。給出了開關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)的組成、運(yùn)行原 理和控制方式。給出了開關(guān)磁阻電機(jī)的控制策略。在matlab/simulink交互式仿真集成環(huán) 境下，對(duì)開關(guān)磁阻控制系統(tǒng)進(jìn)行了建模、仿真及分析。接著，給出了開關(guān)磁阻控制系統(tǒng)的 硬件、軟件設(shè)計(jì)方案。主要包括：dsptms320lf2407最小系統(tǒng)、位置檢測(cè)電路、電

介紹了以tms320f2407芯片為核心的高性能數(shù)字化srd控制器的設(shè)計(jì),給出了硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)策略,并對(duì)其中功率變換器的設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)給出了詳細(xì)說明。本系統(tǒng)具有良好的調(diào)速性能和控制特性。

開關(guān)磁阻電機(jī)(srm)由于其顯著的特點(diǎn)而得到業(yè)界廣泛關(guān)注。但實(shí)際應(yīng)用中,srm所占市場(chǎng)份額不多。主要原因是幾乎所有的功率器件集成模塊都是基于變頻器主電路研發(fā)和制造的,srm專用的功率集成模塊幾乎沒有,srm主電路簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)不出來。研究基于單個(gè)功率模塊的srm系統(tǒng),分析其工作模式、換相情況及應(yīng)用場(chǎng)合。采用單個(gè)功率模塊,其驅(qū)動(dòng)和控制電路在價(jià)格上與變頻器相當(dāng),為srm的廣泛應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的支持。仿真和試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性和實(shí)用性。

針對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)器件在工作過程中,會(huì)產(chǎn)生大的電磁干擾和大的功率損耗問題,提出了一種基于新型電容分壓并聯(lián)諧振直流環(huán)的功率變換電路拓?fù)?。該電路是在傳統(tǒng)的硬開關(guān)不對(duì)稱逆變橋的各開關(guān)器件上并聯(lián)緩沖電容,實(shí)現(xiàn)對(duì)相開關(guān)的零電壓關(guān)斷;同時(shí),在直流母線上加入一個(gè)由二個(gè)電感與一個(gè)電容為主要組成元件的諧振環(huán),通過對(duì)此諧振環(huán)中諧振開關(guān)的合理控制,即可實(shí)現(xiàn)對(duì)相開關(guān)的零電壓開通及對(duì)諧振開關(guān)的零電流或零電壓軟通斷。通過對(duì)功率電路工作原理和動(dòng)作模式過程的分析,得出需滿足的軟開關(guān)條件。具有此諧振環(huán)的軟開關(guān)變換器,有效區(qū)間大、功率損耗小,因而提高了開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的效率和性能。用matlab仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此電路的正確性與有效性。

開關(guān)磁阻電機(jī)是由功率變換器電路、雙凸極磁阻電機(jī)及其控制器組成的新型機(jī)電一體化調(diào)速電動(dòng)機(jī)系統(tǒng),其性能優(yōu)越,發(fā)展前景廣闊。