毕业设计说明书电动自行车开关磁阻电动机控制器 任少伟110504422 1105044228 学生姓名： 学号： 计算机与控制工程学院学 院： 电气工程及其自动化专 业： 常晓丽指导教师： 2015年 6 月电动自行车开关磁阻电动机控制器 摘 要 开关磁阻电动机驱动系统（简称 SRD）是随着电力电子、计算机、微电子的迅速发展而出现的一种新型机电一体化无级调速系统，它将开关磁阻电动机、电力电子技术、控制技术融合为一体 不仅保持了交流异步电机的结构简单、坚固可靠和直流电动机可控性好的优点而且还具有交流调速系统和直流调速系统所无法比拟的显著特点。论文以三相6/4极 SRM为研究对象，完成了以单片机为核心组成的调速系统设计方案，系统采用PWM控制方式，选用三相全桥式功率驱动器主电路，主开关器件选用功率MOSFET，设计了以单片机AT89C51为核心的控制器，主要对电流检测、位置检测、故障保护和显示电路等外围电路进行了设计，具有过流保护功能。同时本设计采用了模块化的编程方法，增强了程序的可读性和易操作性。基于开关磁阻电动机的准线性动态模型,利用Protues软件 ,对开关磁阻电动机进行仿真。为此系统的进一步改进打下了基础。仿真结果达到了预期的SRD 控制效果。本文用该设计进行了开关磁阻电机控制的模拟试验，达到了初步的实验效果，在软硬件两方面为以后开关磁阻电机控制系统这一课题的研究进行了有益的探索和实践。关键词：开关磁阻电机；单片机；功率驱动器；调速系统 Electric bicycle switched reluctance motor controller Abstract Switched reluctance motor drive system (SRD) with the rapid development of power electronics, computer, microelectronics and the emergence of a new Mechatronics stepless speed regulating system, it will switch reluctance motor, power electronics technology, control technology integration as a whole not only keeps the notable characteristics of the structure of AC asynchronous motor is simple, firm and reliable and the advantages of DC motor controlled but also has AC speed control system of DC speed regulating system is unable to compare. The three-phase 6 / 4 pole 7.5kW SRM as the research object, completed the single-chip microcomputer as the core component of speed control system design, system adopts PWM control mode, selection of three-phase full bridge power driver circuit, main switch selects IGBT, design the STC89C51 MCU as the core controller, mainly of current detection, position detection, fault protection and display circuit and other peripheral circuits are designed with current protection function.At the same time, this design adopts a modularized programming method, which enhances the readability and operability of the program. Based on the quasi linear dynamic model of switched reluctance motor, MATLAB/SIMULINK is used to simulate the switched reluctance motor. Further improvement of the system laid the foundation. The simulation results achieved the expected SRD control effect. The with the design of switched reluctance motor control simulation test, the preliminary experimental results are obtained. In the aspects of software and hardware for later switched reluctance motor control system of the subject research of beneficial exploration and practice. Key words: switched reluctance motor; SCM; power driver; speed control system 目 录1 开关磁阻电动机概述1 1.1开关磁阻电动机的发展状况11.2开关磁阻电动机的组成21.3开关磁阻电动机的性能特点42 开关磁阻电动机的原理与控制52.1开关磁阻电动机的结构原理62.2开关磁阻电动机的基本方程72.3开关磁阻电动机的调速控制方式9 2.3.1电流斩波控制（CCC）方式10 2.3.2角度位置控制（APC）方式10 2.3.4脉宽调制控制（PWM）方式112.4开关磁阻电动机的启动与制动122.5开关磁阻电动机的转矩脉动与噪声分析123系统总体设计144.1位置信号采集系统设计144.2电流信号采集系统设计154.3调速信号采集系统设计174.4保护电路设计185 驱动系统设计195.1驱动电路设计195.2开关器件的选择216主控系统设计236.1单片机系统236.2信号逻辑处理电路246.3速度显示电路设计247 软件设计267.1主程序设计267.2 启动程序设计277.3主控模块设计287.4测速和换相程序设计297.5PI调速模块设计317.6速度显示模块设计327.7中断程序设计328 SIMULINK原理仿真348.1电机模块348.2功率驱动模块348.3 位置检测模块358.4 PI调速模块358.5 系统仿真及结论36参考文献37附录 电路图38附录 程序清单391 开关磁阻电动机概述新一代的调速电机，开关磁阻电机调速系统( Switched Reluctance Drive简称SRD)是从20世纪80年代中期逐步发展起来的，开关磁阻电机具有结构简单、坚固的优点，因为其构成的SRD性能优良，所以较其他调速系统更有竞争潜力。SR电机的结构比笼型异步电动机简单，但SR电机的控制要求根据负载和运行条件的不同，在不同的转子相对位置下通断各相绕组的主开关器件，这样既提高了电机控制的灵活性，也增加了电机运行控制的复杂性，显然，如果不采用软件与硬件相结合的数字控制系统对SR电机进行控制，SRD性能的提高必然受到一定的限制，同时控制器的硬件 电路亦将过于复杂和庞大。因此，为了简化控制电路，充分利用SR电机控制方式灵活多变的优点，完善系统的功能，有必要使用数字控制系统对SR电机进行控制。一方面，采用直接数字控制简化了硬件电路，提高了系统的可靠性，另外一方面，直接数字控制符合SRD系统的特点，现代计算机技术和微电子技术的发展为直接数字控制提供了强大的物质和技术支持，目前开关磁阻电动机已开始广泛应用于工，航空业和家用电器等各个领域，随着对开关磁阻电动机认识的深入，应用必将更为普遍。1.1开关磁阻电动机的发展状况现代SR电动机的发展开始于20世纪60年代，电子工业的发展给电气传动领域提供了可靠、低廉、多功能的控制器件。60年代末，J.Jarret提出了增加饱和度有利提高磁阻电动机出力的观点，从而SR电机得到迅速的发展。在相当长的一段时期内，磁阻电机的研究处于对其运行原理和性能特性的探索和论证。 在国外，70年代初，美国FORDMOTOR公司研制出了最早的开关磁阻电动机调速系统(Switched Reluctance Drive)。它的机构为轴向气隙电动机。晶闸管功率电路，具有电动机和发电机运行状态和较宽范围调速的能力，适合于作蓄电池供电的电动车辆传动。1981年，英国TASC公司(TASC Drives Ltd.)获准制造该系统，在1983年推出开关磁阻电机驱动系统(Switched Reluctance motor Drive System，简称SRD系统)的系列产品，取名为OULTON，调速范围为303000/rmin，容量范围为422kW。这一产品的出现在电气传动界引起了不小的反响。因为它在很多性能指标上达到了出人意料的高水平，整个系统的综合性能价格指标达到或着超过了工业中长期广泛应用的一些变速传动系统。1985年研制成200kW的样机，最大转速为10000r/min，美国开发了用于航空航天方面的SRD系统，转速可达25000r/min。 在国内，从1984年开始，许多单位先后开展了SR电机的研究工作，如北京纺织机电研究所、南京航空航天大学、东南大学、福州大学、华中理工大学、华南理工大学、河海大学、哈尔滨电工学院，并且开关磁阻电机调速系统的研究被列为中小型电机“七五科研规划项目”。 1985年华中理工大学研制以SCR为功率开关器件的7.5 kW的SRD系统；1987年，北京纺织机械研究所和南京调速电机厂合作开发了3kW的8/6极、以BJT为功率开关器件和以单片机8751为核心芯片的控制器的SRD系统产品；1993年，30kW级别的SR电机在山东淄博电机二厂通过鉴定；2000年，国内10kW以上的SR电机已应用于煤矿的采煤机，并且开始进行180kw的SR电机在地铁机车上的应用研制。 近20年来，SR电机的研究在国内外取得了很大的发展，