基于dSPACE開關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)的開發(fā)與研究.pdf

1、開關(guān)磁阻電機(jī)(Switched Reluctance Motor，簡稱SRM)，作為一種新型的機(jī)電一體化調(diào)速電機(jī)，以其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性強(qiáng)、效率高、成本低和調(diào)速性能好等優(yōu)點(diǎn)已廣泛應(yīng)用于牽引運(yùn)輸、家用電器、通用工業(yè)、航空工業(yè)和伺服系統(tǒng)等各個領(lǐng)域。由于開關(guān)磁阻電機(jī)嚴(yán)重的非線性以及變結(jié)構(gòu)、變參數(shù)特性增加了它的控制難度，近年來很多學(xué)者嘗試結(jié)合先進(jìn)的智能控制策略來實現(xiàn)開關(guān)磁阻電機(jī)的控制。但因為開關(guān)磁阻電機(jī)自身的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)，很難得到一種通用的、簡單的

2、、準(zhǔn)確的開關(guān)磁阻電機(jī)模型，使得一般的離線仿真對先進(jìn)智能控制策略的設(shè)計與驗證已不能滿足要求。因此，本文將半實物仿真技術(shù)應(yīng)用在開關(guān)磁阻電機(jī)的控制中，開發(fā)了一套基于dSPACE半實物仿真平臺的開關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)。 論文首先介紹了開關(guān)磁阻電機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r、原理以及國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，并提出在控制器的設(shè)計與開發(fā)過程中采用半實物仿真技術(shù)的意義。在此基礎(chǔ)上介紹了dSPACE半實物仿真系統(tǒng)的特點(diǎn)、構(gòu)成以及其快速原型理論。 然后對整個控制系

3、統(tǒng)的功率驅(qū)動部分進(jìn)行了設(shè)計與開發(fā)，使其適用于50W～3kW的四相開關(guān)磁阻電機(jī)。通過比較開關(guān)磁阻電機(jī)的幾種基本控制方式與常見功率變換電路，本文選用了電壓PWM斬波控制為該系統(tǒng)的主要控制方式。為了便于電壓PWM斬波控制，在功率變換電路的設(shè)計上采用了主回路PWM斬波的功率變換電路結(jié)構(gòu)。另外，為了滿足功率驅(qū)動器件與隔離電路等低壓電源的供電，設(shè)計了一套擁有6路獨(dú)立輸出的開關(guān)電源。 在電機(jī)的控制策略方面，本文引入了單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制器

4、。分別從單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制器原理、控制模型的總體結(jié)構(gòu)規(guī)劃、具體模型設(shè)計幾個方面詳細(xì)地說明了整個控制模型的設(shè)計過程。并以一臺1.1 kW的四相8/6極開關(guān)磁阻電機(jī)為實驗對象，對系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能進(jìn)行了測試，得到了良好的控制效果。 最后，針對dSPACE使用過程中的一些問題，提出了采用FPGA來實現(xiàn)dSPACE功能擴(kuò)展這種解決途徑。文中在提出dSPACE工作原理以及功能擴(kuò)展基本策略的基礎(chǔ)上，詳細(xì)敘述了I/O擴(kuò)展、PWM擴(kuò)展、A

5、/D擴(kuò)展的實現(xiàn)方式，對各個模塊的功能實現(xiàn)流程逐一進(jìn)行了說明。通過擴(kuò)展前后的實驗對比，進(jìn)一步證實了功能擴(kuò)展的良好效果。 通過本文的工作，不僅開發(fā)了一套基于dSPACE的開關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)，方便地驗證了單神經(jīng)元自適應(yīng)PID算法的有效性，還在應(yīng)用該控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上歸納出了一套快速開發(fā)方法，以此來提高開關(guān)磁阻電機(jī)控制器的開發(fā)效率，縮短開發(fā)時間。另外，通過運(yùn)用FPGA對dSPACE實現(xiàn)了功能擴(kuò)展，一定程度上解決了dSPACE平臺使用過程