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基于ARM的开关磁阻电机驱动系统设计

资 源 简 介

开关磁阻电机是电机技术与现代电力电子技术、微机控制技术相结合的产物，既具有结构简单坚固、成本低、容错能力强，耐高温等优点，又在高度发展的电力电子和微机控制技术的支持下获得了良好的可控性能，目前己经在多个工业部门得到应用。因此，开关磁阻电机在驱动调速领域有着良好的发展前景。本论文在对前人成果的广泛了解和研究基础上，以philip公司生产的LPC2101为主控芯片，充分利用其高速运算能力和面向电机控制的高效控制能力，设计并制作了SRM控制器与系统软件。本文以开关磁阻电机的调速控制策略及其控制实现方法为主要研究内容，对开关磁阻电机的数学模型、功率变换器技术、控制策略、控制方案的实现进行了全面深入的研究。 全文的研究工作分为五个部分，第一部分介绍了开关磁阻电机调速系统的构成及基本工作原理，综述了开关磁阻电机的国内外发展现状、特点及研究动向，总结了开关磁阻电机系统存在的技术问题，提出了本文的研究目的和主要研究内容。 第二部分引用并讨论了SR电动机的基本数学模型和准线性数学模型，然后基于此重点分析了与电动机运行特性密切相关的相电流波形与转子角位移的函数关系，最后根据课题所关心的控制系统设计，在理论分析的基础上提出了SR电动机控制方案并进行了原理性分析，对SR电动机各个运行阶段的特点进行分析并初步提出控制方案。 第三部分对SR电动机调速系统的硬件设计进行了详细说明，主要包括以LPC2101为核心的控制系统的研究与设计，根据SR电机的控制特点，尽可能地开发了LPC2101的硬件资源和软件资源，使控制系统具有很高的控制精度和灵活性，然后对功率变换器进行了设计和制作，分析了各种主电路形式的优缺点，采用了新型IGBT功率管作为主开关元器件，使功率变换器结构得到简化，设计了IGBT的功率驱动电路，并专门设计了电压钳位电路和诸如过压、过流保护等保护单元，保证了整个系统安全可靠地运行，然后分析了SR电动机控制系统位置传感器检测电路设计、电流及电压斩波电路设计、电流检测及保护电路设计等。 第四部分主要介绍了系统的总体控制思想，分析了各个运行阶段的控制策略，对控制策略的软件实现进行了设计，并给出了软件实现的具体流程图，直观地体现了软件编程思想。最后，对系统进行了实验研究及分析。目前，该控制系统已调试完毕，基本实现预期功能。 本文对以ARM为控制核心的开关磁阻电动机控制系统进行了研究，得出了基于有位置传感器检测的控制方案。针对SR电机的控制特点，充分利用了ARM的硬件资源，采用PID数字调节，发出相通断信号和PWM信号，并和电流、电压等保护信号相结合，实现对主功率元件的通断控制。并且设计了相应的外围硬件检测、保护、控制及人机接口电路，使控制系统结构紧凑，可靠性高；系统的控制软件设计，采用模块化的程序设计方法，增强了系统的可读性及可维护性，实现了一种电压斩波和电流斩波控制相结合的控制方式;结合系统的硬件设计，开发了相应的软件模块，使系统具有完善的保护和控制性能。 本系统经过试验，调速范围可达100～2000转/分，效率较高，性能优良，验证了控制思想和控制方法的正确性。

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