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磁悬浮开关磁阻电机高速数字控制系统的研究

黄占涛  
【摘要】: 开关磁阻电机结构简单、运行效率高、容错能力强,具有良好的高温和高速适应性,有着极其广泛的应用前景。将磁悬浮技术应用于开关磁阻电机中可充分发挥其高速适应性,且利用对转子的径向控制改善了因不对称磁拉力引起的振动和噪声等问题。 为满足磁悬浮开关磁阻电机高速稳定运行的性能要求,控制器必然要达到高性能、高速化、集成化的要求,而数字信号处理技术和电子技术的进一步发展,为研究多功能、高性能的数字控制器提供了硬件条件和技术保障。 本文系统研究了试验用五自由度磁悬浮开关磁阻电机的基本工作原理,并推导了BSRM的数学模型。研究了磁悬浮开关磁阻电机控制策略,针对磁悬浮开关磁阻电机经典数学模型中悬浮力在径向两自由度之间及平均转矩和悬浮力之间的复杂非线性耦合问题,本文采用了一种分相导通解耦的控制策略,从矩角特性分析出发,找到一个合适的双相导通区间。在该导通区间下,一相负责产生悬浮力,称为悬浮相,另一相负责产生平均转矩,称为转矩相。其中悬浮相处于悬浮力的最大导通区间,且径向正交两自由度上耦合很小,从而实现平均转矩和悬浮力的独立控制以及径向两自由度上悬浮力的独立控制。并在该控制策略思想下,设计了基于CPLD和DSP的模糊PID控制器,并进行了仿真试验,结果表明,设计的控制器具有良好的控制性能。 以设计的12/8结构样机为控制对象,对磁悬浮开关磁阻电机高速数字控制系统进行了硬件原理设计,包括功率变换器和控制系统设计。控制系统设计采用CPLD+DSP的架构,对各自承担的控制任务进行了合理分配。对转子位置和径向位移检测电路、电流检测和保护电路等外围电路进行了系统地结构设计。 数字控制系统软件设计,包括DSP中断服务子程序和CPLD逻辑控制。


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