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

開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計論文簡介 開關(guān)磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)（switchedreluctncedrive，簡稱srd）是由開關(guān)磁阻電 動機、電力電子開關(guān)電路及驅(qū)動控制部分組成的高性能調(diào)速系統(tǒng)。開關(guān)磁阻電機具有結(jié) 構(gòu)簡單堅固、成本低、容錯能力強、調(diào)速范圍寬、低速轉(zhuǎn)矩大、起動電流小、轉(zhuǎn)速精度 高、耐高溫、可頻繁起動制動等優(yōu)點，又在高度發(fā)展的電力電子和微機控制技術(shù)的支持 下獲得了良好的可控性能。因此，開關(guān)磁阻電機在驅(qū)動調(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)磁阻電機控制系統(tǒng)的組成、運行 原理和控制方式。給出了開關(guān)磁阻電機的控制策略。在matlab/simulink交互式仿真集 成環(huán)境下，對開關(guān)磁阻控制系統(tǒng)進行了建模、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)計方案。主要包括：dsptms320lf2407最小系統(tǒng)、位置檢測電路、 電流檢測

開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)仿真設(shè)計 摘要：開關(guān)磁阻電機（srm）的模型是進行srm的仿真和性能 預(yù)測、控制算法設(shè)計等研究的基礎(chǔ)。該項目所用500?w電機模型是 在matlab平臺下基于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)磁阻電機模型仿真系統(tǒng)srm 1開關(guān)磁阻電機的建模問題 開關(guān)磁阻電機的非線性使其性能的精確分析和計算較為困難。由 于srm電機的定、轉(zhuǎn)子采用雙凸極結(jié)構(gòu)，電動機在運行時其定、轉(zhuǎn) 子極身存在著顯著的邊緣效應(yīng)和高度局部飽和，從而引起了整個磁路 的高度非線性，其每相繞組的電感是電流和電動機轉(zhuǎn)子位置角的非線 性函數(shù)，很難準確建立srm電機的非線性電感模型，因此如何建立 比較精確的srm電機的數(shù)學(xué)模型，是國內(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)磁阻電機為研究對象,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)計了一種結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠的開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)。實驗表明該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠,調(diào)速性能優(yōu)良。

開關(guān)磁阻電機(srm)的模型是進行srm的仿真和性能預(yù)測、控制算法設(shè)計等研究的基礎(chǔ)。該項目所用500w電機模型是在matlab平臺下基于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)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計。以mcs80c196kc單片機作為控制器,對調(diào)速系統(tǒng)的硬件電路和軟件部分進行了設(shè)計,實現(xiàn)了單神經(jīng)元pid自適應(yīng)控制算法在開關(guān)磁阻電機調(diào)速中的應(yīng)用。實驗證明,該控制算法有助于改善開關(guān)磁阻電機的調(diào)速性能。

通過結(jié)合開關(guān)磁阻電機調(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)磁阻電機的轉(zhuǎn)速能在0~10000r/min的寬范圍內(nèi)進行平滑調(diào)節(jié)。仿真結(jié)果表明,該仿真模型設(shè)計較為合理,對轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)能夠達到預(yù)期效果。

在簡要介紹和分析開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)(srd)的各個組成部分的基礎(chǔ)上,在matlab/simulink中,分別構(gòu)建了各個部分的仿真模型,并介紹了模塊的功能及工作原理。將每個仿真模型連接構(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(srm)在低速或高速運行時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)磁阻電機是一個復(fù)雜的非線性系統(tǒng),因此其控制策略的研究非常重要。高速時由于反電勢的增加,使懸浮繞組開通時刻電流難以跟蹤,導(dǎo)致瞬時懸浮力難以控制,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)磁阻電機控制策略。根據(jù)無軸承開關(guān)磁阻電機的懸浮原理和數(shù)學(xué)模型,設(shè)計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算公式。給出了超前角和繞組電流的計算流程。針對12/8結(jié)構(gòu)的無軸承開關(guān)磁阻電機,設(shè)計了以數(shù)字信號處理器tms320c2812為核心的控制系統(tǒng)。通過實驗給出了繞組電流波形和轉(zhuǎn)子位移波形。實驗結(jié)果顯示了電機的穩(wěn)定懸浮,驗證了此控制策略的可行性。

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

無軌膠輪車可以在爆炸氣體環(huán)境中運行,是煤礦輔助運輸中先進系統(tǒng)之一。純電動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)磁阻電機系統(tǒng)(srd)結(jié)構(gòu)簡單可靠、恒功率范圍寬、系統(tǒng)效率高,高效區(qū)達70%以上,非常適合作為純電動無軌膠輪車主驅(qū)動電機。介紹防爆開關(guān)磁阻電機系統(tǒng)在純電動無軌膠輪車中的應(yīng)用情況,并給出主要測試結(jié)果。

為抑制開關(guān)磁阻電機(srm)轉(zhuǎn)矩脈動,從電機設(shè)計和控制的角度出發(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,取6個特殊轉(zhuǎn)子位置處的磁鏈數(shù)據(jù),用七次多項式函數(shù)來建立srm磁鏈模型和轉(zhuǎn)矩模型,與有限元計算結(jié)果對比表明,所提方法具有快速和準確性。

開關(guān)磁阻電機研究的 背景及意義 一、項目目的與意義 開關(guān)磁阻電機設(shè)計及其在礦山機械中的應(yīng)用研究項目屬于《國家 中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）》中工業(yè)節(jié)能（機電產(chǎn) 品節(jié)能）、基礎(chǔ)件和通用部件的重點支持領(lǐng)域，同時符合《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) 能電機重點發(fā)展領(lǐng)域。 開關(guān)磁阻電動機(srd)調(diào)速系統(tǒng)是基于計算機和電力電子技術(shù)的 控制器及開關(guān)磁阻電動機的新型調(diào)速系統(tǒng)，由開關(guān)磁阻電動機與微機 智能控制器兩個部分組成。開關(guān)磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)的突出特點是效 率高、節(jié)能效果好、調(diào)速范圍廣、無啟動沖擊電流、啟動轉(zhuǎn)矩大、控 制靈活，此外還具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固可靠、成本低等優(yōu)點。除可以取 代已有的電氣傳動調(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)磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)還十分適用于礦山井下機電設(shè)備需要重載啟 動、頻繁啟動、正反轉(zhuǎn)

針對單極性勵磁時四相8/6結(jié)構(gòu)分塊轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機的定子磁通沖突問題,把雙極性勵磁方法應(yīng)用于四相8/6結(jié)構(gòu)分塊轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機,基于2d有限元建立雙極性分塊轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機的場路耦合模型,計算雙極性分塊轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機的電流、轉(zhuǎn)矩及銅耗,并在(r,θ)坐標系中細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。計算結(jié)果表明,與同等雙極性勵磁的8/6結(jié)構(gòu)雙極性普通開關(guān)磁阻電機相比,8/6結(jié)構(gòu)雙極性分塊轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機的轉(zhuǎn)矩脈動大,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,其結(jié)構(gòu)簡化,運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。分析了該電機的結(jié)構(gòu)特點和懸浮原理,并基于有限元計算法對新型結(jié)構(gòu)電機和常規(guī)結(jié)構(gòu)電機進行了比較,包括:1)兩種電機在旋轉(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)生懸浮力的同時對靜態(tài)輸出轉(zhuǎn)矩的影響;2)比較了控制繞組通電電流變化時產(chǎn)生徑向力情況及對靜態(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)磁阻電機具有優(yōu)良的懸浮與旋轉(zhuǎn)性能,研究結(jié)果為該電機的進一步建模及運行控制建立了基礎(chǔ)。

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

介紹了雙開關(guān)磁阻伺服電動機并聯(lián)傳動系統(tǒng)的組成,利用數(shù)字信號處理器(dsp)之間的同步通信和與上位機的異步通信完成系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的傳輸,給出了一個開關(guān)磁阻電動機位置伺服的加速度控制策略,并對樣機系統(tǒng)進行了試驗研究。試驗結(jié)果表明,該控制策略能夠使伺服系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能,實現(xiàn)方法簡單。

五相開關(guān)磁阻電機(srm)相對于常用的三相、四相srm來說其技術(shù)難度較大,但轉(zhuǎn)矩波動更小,運行更加平穩(wěn)。結(jié)合近期實際研制的一種1.1kw五相srm調(diào)速系統(tǒng)(以下簡稱1.1kw系統(tǒng))闡述了設(shè)計和實現(xiàn)時的一些要點。實際應(yīng)用證明該系統(tǒng)收到了良好的經(jīng)濟效益。

i 開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 摘要 開關(guān)磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)（switchedreluctncedrive，簡稱srd）是由開關(guān)磁阻電動 機、電力電子開關(guān)電路及驅(qū)動控制部分組成的高性能調(diào)速系統(tǒng)。開關(guān)磁阻電機具有結(jié)構(gòu)簡 單堅固、成本低、容錯能力強、調(diào)速范圍寬、低速轉(zhuǎn)矩大、起動電流小、轉(zhuǎn)速精度高、耐 高溫、可頻繁起動制動等優(yōu)點，又在高度發(fā)展的電力電子和微機控制技術(shù)的支持下獲得了 良好的可控性能。因此，開關(guān)磁阻電機在驅(qū)動調(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)磁阻電機控制系統(tǒng)的組成、運行原 理和控制方式。給出了開關(guān)磁阻電機的控制策略。在matlab/simulink交互式仿真集成環(huán) 境下，對開關(guān)磁阻控制系統(tǒng)進行了建模、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)計方案。主要包括：dsptms320lf2407最小系統(tǒng)、位置檢測電路、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,給出了硬件電路設(shè)計和軟件設(shè)計策略,并對其中功率變換器的設(shè)計、驅(qū)動電路設(shè)計給出了詳細說明。本系統(tǒng)具有良好的調(diào)速性能和控制特性。

本文主要論述了唐鋼二冷軋酸洗軋機聯(lián)合機組軋機主電機的型式及其主傳動系統(tǒng)的特點及控制功能。

開關(guān)磁阻電機(srm)由于其顯著的特點而得到業(yè)界廣泛關(guān)注。但實際應(yīng)用中,srm所占市場份額不多。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主電路簡單的優(yōu)勢體現(xiàn)不出來。研究基于單個功率模塊的srm系統(tǒng),分析其工作模式、換相情況及應(yīng)用場合。采用單個功率模塊,其驅(qū)動和控制電路在價格上與變頻器相當,為srm的廣泛應(yīng)用提供了強有力的支持。仿真和試驗結(jié)果驗證了理論分析的正確性和實用性。

分析了開關(guān)磁阻電機的數(shù)學(xué)模型,在matlab/simulink環(huán)境下建立了相繞組數(shù)學(xué)模型、電流置換比較環(huán)節(jié)、功率變換電路模型,結(jié)合這幾個模塊在電流斬波控制階段,做了低速重載仿真分析。仿真分析證明此方法的適用性,為sr電機調(diào)速系統(tǒng)的分析和設(shè)計提供了一種方法。