kl800.com省心范文网

AVR单片机的开关磁阻电机调速系统的研究


电 气传 动
E l t I白IO rV eC FC ieS

《自动 化 技术 与应用 》2. .了年第 2 卷第 8期 6

基于 A VR单片机的开关磁阻电机调速系统的研究
颜成雄 , 黄运生 , 陈 学
( 南大学信息 肆 与 } 中 季 _ 程学院 湖南 长 408 沙, 3 1 )
摘 要: 开关磁阻电动机调速系统是一种新型调速系统 , 本文介绍了开关磁阻电机调速系统的基本原理 以及一种以 AT ga 2 为控 mel 8 制核心的调速系统, 该系统 充分利用 了ATng 1 接 n丰富, Ie旧2 8 功能强 , 速度快的特点 , 简化了系统硬件 , 实现了电压 P WM控制 , 变角度控制相结合的控制策略 , 达到了很好的运行效果.

关键词: 开关磁阻电机;A m g 2; 压P T ea8 电 wM控制; 1
中图仆举号 TM32 5 女 标识码 R 喃虎 全 音编号 .03 74 2〔 ,O一 05 0 10一 2 1}07 R 04一 弓 )

S ihd e C neDi B sd n m g 18 w e R i ac re ae o A ea2 o t u t v T
y NC eg i gH A GY NsegC E u A hn 一o , U N U 一 n , H NX e xn h
山而nao si e 己 g r nt ehnN n 血 i ,h s , 3 】l ls tZog aU v syC ag a4o8 C h) lt c e a Ei i i , ln n n n n n i c e g u t r et nh l la A s at wt e Rl t c Di ( D ia e ye feu tns t .h PPrnouete rc 1oS Da b rc s ihd u a e r eS )s nwt o r li y e T i aei dcsh Pl ie f R n t 二 c e c n v R p g ao s m s r t nP d pe n a g ao y ssmb e o A ngl8Te o e l n o ad g rtot A mgl8s l ue ret r tn t ad n I 1 a . Pwr f c n n h h a f e e a2 ifl s s se l u i e s e 2 h u f ut i i e h T uy d t ipf t ds f a a n ah v t c r sa g o cm nn ot e WM otln aal o hrw ad ci e e otl1t y fo ii vlg P cnoadvrb os l k ei m i e y , dr e e h n o re b g a r i e
agec t . 幻l or n o l

K y od: nhd l t e o r m gl8v t e wMcno e w rsw ce ru a m t ; ea2;o g P s e c c n oA T l a o l r t

1 引言
开关磁阻 电机动速 系统 (R ) 司 S D 因其调速范围广 , 胜能优 调速 越而引起了国内外学者的普遍关注. 1 也成为 了继 交 调速系 5召) 流

可以达到接近 I P MH MIS Z的性能.A 电a2 具有以下主要 肠n l 8 特卢:2K 18 日的可 拦系统编程 / 应用编程 ( P AP L 八 程序 』 S )F 5

存储器沛 付 5单 阶 于 片机的 K D 1 4 BR M大了 倍; BE R M, 几十 4 K 沪 O 这样就超免 陇 E尸O 用 亡 了夕 之 M 于存储 R 设定的参 2 位的 数; 个8 带 比 能的定时/汁 较功 数器,个1位的带比 捕获功能 2 6 较, 的定时/
士数器 , } 在本系统中1呱 信 号的产生和位置 信号的获取 都是由这 氏 2 1 位定时 八 } 个6 数器完成 ; 通1单端 泛 分输 人 1位 肛 ) 8 贾 短差 的0 C ( 其中一个差分通道 为 增益可调的)其转换时间为 52 ) 洲寸 , 6 6 ' 于实 日胜 引 要求不是很高的场合, 转换座度已足够; 可编程, 带内部振荡粥 { 的看门狗定时器 A I ,1 [优 T I 加具有 整 套的编程和系统开发 L , 具 包括: 宏汇编编 泽器, C语 言 姗 , 编刁 在线调试/仿真器和评沽板

统, 调速 直流 系统之 极具 的新一代 后, 潜力 交流形 及 调速系 然 统.
而开关磁阻电机 夕速系统是由电动机及其控制部分构成的 一 司 个不 可分割的统 林 , 控制器 性能的好坏浦直 接影响调速系统的性能. 名 因此 , 控制器的1 提 整 个调速系统设计的关键环节. 到 以往」 { 端 系 统所采用的C U主要有三种类型: 是采用 5系列 8 P 1 位单片机 , 这 利哑 理器处理速度相刘缓 漫, 功能简单, 外围电路 比较复杂. 二是采

用1 %系列1 6 位单片机 , 这种处班 处理速度比 男; 较决, 于内部 但由 外 设模块不够 丰富,而外围电路仍 因 然相刘 复杂. 三是采 礴系 用2 . 列DP这利处理 S, 器处理速度决 内 , 部外设模 块丰富, 但芯片 价格昂 贵』为33供电电 抗干扰 差. . V 源, 能力 本文选用八 n 公司出品 T长 :
的人r 日2们伪控 制器的核心 , J汉独 18 t 大大提 高了调速系统的性价比

3 开关磁阻电动机工作原理
开关磁阻电机的 转矩具 有磁阻性质I其运行原 里 L I , 汪遵循 " 磁
阻最小原则" 磁通 总是要沿磁阻最小的路径 闭合 , 因磁场扭 曲而产生切向磁拉力 , 以带动 电1运行汉」 图1 几 于 所示的系统 , I 其 L

2 ^m g18 - l ea2单片机的性能特点
A m a23 款基 圳之 树3采用R c 8是一 于A 内 } ls 结构, T e 11 g ] , 低攻 耗C S 的8 MO 位单片机.由 于在一个时 钟周期内 执行一条指 令,
收稿 日期 : 0 一 一 8 20 7 01 0

体 行 程 当 相 组 连的 率 关 , 2合 A 运 过 为:与A 绕 相 功 开 5 5闭 时,相 ,
励磁, 所产生的 磁场力使转子旋 转 ) 转到 二 极轴线1 ' 定子极轴 1与
线AA ' 的重合位置, 产生磁 阻胜质的电磁转矩 , 若此 时断开 A相 绕组电压 给日 相绕组通 电, 则转子由于 受到磁阻力的作用将旋转
一 下 出n soA O 葫, &却动回的 1 以 则ef J m 旧 4 5

万方数据

《自动化技 术 与应用 》2o 了年第 2 0 6卷第 8期

电气 传 动
Ee tC l r 日 lCF a D l 5 . V

到转 子极轴2 定子轴线B 的重合位置, 类推, 相, 2与 B' 依次 给C
D 相通 电, 转子便按逆时针方向连续转 动起来 ; 反之 依次给日 一A 一 D一C相绕组通 电, 则转子会沿顺时针方 向转动.同时 功率开 关的开通 与关断角不同, 绕组 中的电流不相同.因此控制功率开 关的开通与关断角也可控 制电机转速 .

日确定, 在一段 时间 内将不再变化 .为 了 使电机运行 时达到转矩

最 , 节 电 ,运行 程中 .叽, :V 四1 率 大 最 省 能在 过 V, V, . , 管 功
的开 通与关断角 是变化的, 在电 起动 例如 机的 段和制动段四 个功
率管的 导 通角是不相同的. } 若绕组电洲 过额定值 , 司时, 超 可通过

对V, c 斩 控 达 减 平 电 的目 . . v进行 波 制,到 小 均 流 的
控制系统结构框图如图3 所不: 包括位置传感器输人电路, 倍频电 速 路, 度给定电 电 压检测电路, 路, 流电 键盘显示,wM P 输出, 相触发电 换 路和A 恤眼a2. T 尧 18 l 1 l8 A 肋 翌 2为控制器的核 a 心, 根据倍频电 它 路输出的 位置信号 和键盘的 给定, 生相应 速度 产 的 WM , P 信号控制功 率变换电 路中功牵 端}的 通断, 机旋 使电 转;
同时还习根据位置传感器的输人 , 通过特定的计算公式计算出 电

机的 」 并 瞬牙 转速, 在显示电 路中显示,Tn狗2 还 A e 1 根振检测电 f 8
路检测到的 电流 电压信号 , 显示 报耀唁 息 . 雪

图 1 开关磁阻 电机工作原理图

4 调速系统控制器设计
开关磁阻电动机 ( M) S R 的控制参 数主要有二个叭绕组电
流, 起始导通角,关断角.控制S M 电机转速 , R 可以通过改变起

始导 通角和关断角 控制 ( c 方式 位置 妙) 来实现: 亦可采用 调节
电流斩波幅值 得电流斩波控制 ( CC 方式或采用调节绕组外加 C )

图 3 控制器结构框 图

电 压有效值的电压 斩波控制方式来实现.
本系统采用电压斩 波控制和变角 度控制相结合的控制方式 . 其功率变换电路如下所示 :

5 系统软件功能介绍
一个完善的SD控制器[其软件应能实 R ] ' , 现操作为式选择, 运行 参数修改, 四象限调 速控制, 故障检测与 保护, 言 状创 息显示 及数 据交换与通讯等多 方面的 功能 本软件可实现 方式的选 操作
择, 即电位器给定, 数据给定,电位器调节或按键 凋节 , 能满 足不

. - 习 工 C

同用 要求. 户的 程序还可以灵活 修改有 着 ER M中 稀在EP O 的运行 参数, 适应不同 以 的工业场合 及控制刊 象.对于 运行中出 现的短 路, 过压, 过载, 堵转等故障, 控制软 给出 件能 相应的提示, 并作
出保 护.软件实现了工作状态及操作信息 的提示 , 构成了友好的 图 2 功率变换电路图 三 相电源 A,B,C经整流电路整成 直流 , 再经 Cl 滤波后

人 机交 互 面, RD具有操作简单, 界 使s 控制方便等多方面 优点
本系统的软件采用模 块化 设计, 巨 其 要模块的功能介 如下. 韶 ()启动模 块: 1 每次 电机起动日 卜 储 酬 拥 该模块, 恨据当前位 传感昌抱吠 省 豁 态及外部 市要求给出 腔 相应的相导通信号, 使叫 几翰 〕 凡 进人正常的电机运行 车 一 牲制程序. 2 ()比较中断服务程 序模块: 由捕获事件起动比较 巾断服务

给 逆变电 路供电.电 I 阻R 为限流电阻, 源刚合闸时, 尖 当电 由丁 峰电 流较大,l 流起到保护 R限 功率管的作用, 段时 一 间之后, 将开 关5闭合, l 以减 1 切除R 小能量损耗. 作为电 wM控制的 l V 压P
功率管 , 通过 V 进行 P M控制, I W 两相绕组 目寻 到的平均 电压 与

电 压E 关系为:S E *O / , 节T N的宽度即 源电 C的 U = CT N T 调 O 可 改变绕组 L 到的电压, 得 从而控制 绕组中 流,到控制转矩的 的电 达

子 程序, 相应的 F M信号 产生 W 控制功率管的 导通与关 断时刻, 使 电 机旋转; 该 模块也司 生P M信号, 同时, 程序 产 w 完成电 流斩波控
制 达 到减小绕组电流的目的

目 . A V, c几四 开 管 别 控 开 磁阻 机 的 v, .v, 个 关 分 与 制 关 电 的
A一B C 一 一D的四相 相连. 一时 电 任 刻, 路中四相绕组 有两相

( 定时中 服务 呈 莫 断 哥 序1 算出电叭 行转速,根据转速 ) 3 块: 运 并
确定是否要改变功率管的导通角 , 若需 要改变则算 出改变量.

同通 导 控 时 电 通 制呱, .v, . 个 率 的 通 使 v, cv四 功 管 导 角,
电 机绕组电流达到 最大值. 这四个功 率管的 最优开通与关断角 一

系统控制 软件的总流程框图 如图4 所示

万方数据 节 6 飞 4 } 巾幻招J 曲盯 m& 刘云如 八 曲 八 别

电气 传 动
Ee tl l i日 l已r a Dr 5 C V

《自动化 技术 与应 用》2 7年第 26卷第 5期 00

定,显示,保护等外围电路 , 再加 卜 驱动 电路,主电路及磁阻 电 机, 便构成完整的S D R 系统 讨 . 台四相8 极额定功率2Z 6 / . KW .

额定转速巧0r皿n R 0/ 的S M为调速对象进行 调速实验, 为 图5 S DA B R , 两相绕组的P WM触发 信号波形. 实验纤 表明, 课 开 关磁阻电机的 结构极其简单坚固, 速范围 调速胜 优异, 调 宽, 能 而
且在整个凋速范 围内都具有较高的效率 , 系统可靠性 高.

图5 户 WM触发信号波形

参考文 献:
! 胡崇岳 现代交流调速技术【 . 1 M]北京: 机械工业出版社 19 98 【 王宏华. 磁阻电动机调速控制技术【 . ] 2 开关 M〕北京: 机械工 业出版社 19 95 L 马潮. 高档8位单片机AT g l 原理与开发应用指南 ] 3 me a 2 8 【 . Ml北京: 北京航空航天大学出 版社 2 0 04 【 李甘林等. ] 4 基于TMS 2 F4 的开关磁阻电机调速系统设 3O 2 O 计【』 oA技术专栏.02 J. E 20 【 ] 5 杨玉团等. 基于开关磁阻电动机的Y 型截 比阀的变速控 制I . 动化技米与 J 自 ] 应用.03 2()7 一七 2o ,26 4 7

图4 系统控制 软件总 流程框图

6 结束语
开关磁阻电机能够正常工作的关键是每相功率开关的导通,

关断角的实时 控制, 对起动,运行, 保护也要实时 故障 控制. 本
R 控制系统以A l a2为核心 , sD ]e 8 Tl 1 配以相应的外部的检测, 给 ( 上接第2页) 8

作者简介: 颜成雄 〔 9 2一) 18 ,女, 硕士生, 研究方向: 电力电
子 与 电 力传 动

3 直流电 . 2 源供电系 统的隔离
当控制装置和 电子电气设 备的内部子系统之 间需要相互隔

以上刘 电气控制电路的 电气隔离 问题作出了概捂 胜的论过 , 在采用 了电气隔离的措施 以后 , 绝大多数 电路都能够取得良好的 抑制 噪声的效果 , 使设备符合 电磁兼容性的要 求.在产品的研 制

离时, 它们各自 直流供电电 的 源间也应 该相互隔离, 其隔离方 式如 下: 第一种 是在交流侧使用隔离变压 如图8所示; 器 . 第二种是使
用直流电压隔离器 〔 D /DC变换器 )如图 s 所示. 即 C , b

实践中, 对电子电 还要 气设备的内部噪 外部 声及 千扰进行全面的
分析 , 结合" 接地 问题 '" , 屏蔽问题 "选择合理的隔离方式及其 哈 , , 当的隔离部位, 进行统一辛 署浏 一 邓 能设计出满足电磁兼容性要求的 合枪产品.

参考文献 :
川 王燕妮. 李传伟. PL c控&系统的抗干扰设计[} 机械 J l J. L 20 ,5:4 6 人,04 ()6 一 5 「!常斗南等. 2 一 可编程序控制器原理. 应用. 实验[ 北京, 机 M} 械工业出版社 2 0 02 〔1李传伟 王燕妮. . 3 可编程序控制器 印L C)的接口电路{ . J 中国教育技术装备,04,6 :21 20 ()1 9

的交流侧隔离

) b直流侧隔离

图8 交流电源综合抗千扰方案

4 结束 语

作者简介: 李传伟 ( 9 1 69一) ,副教授,研究方向:电气自
动拉 制 T才 甲留 oA 0日闭 &柳侧 铂 4 以n f 团 厅七 油伙 5 7 1

万方数据

赞助商链接

文献综述基于单片机的普通电机调速研究

[23]颜成雄.基于 AVR 单片机的开关磁阻电机调速系统的研究[J].自动化技术与应用,2007,26(8). [24]陆锐.基于单片机的开关磁阻电机驱动系统设计[J].微计算机...

基于AVR单片机的温度控制系统

基于AVR单片机的温度控制系统_教学案例/设计_教学研究_教育专区。基于AVR单片机的...26 4.3PWM 控制直流电机转速 ......

利用AVR单片机对直流电机的精确控制

正因直流电机的精确控制其应用领域广泛,所以它是管道机器人和国 家 863 课题研究的一个分支,具有极强的实用性。 本系统是以 AVR 单片机为基础开发的精确控制直流...

基于AVR单片机的电梯控制系统

基于AVR Atmega128 设计的小型电梯控制系统 设计的小型电梯控制系统一 实验目的本...(); 初始化电机, 电机开始 正转 调用 initializemotor();初始化电机,电机 ...

毕业设计_基于AVR单片机的汽车空调控制系统_图文

基于AVR 单片机的汽车空调控制系统 摘要: AVR单片机功能强大,用AVR单片机开发各种...:热电阻温度采 集、运行状态显示、继电器控制、键盘输入、风 向步进电机控制。 ...

基于51单片机的开关磁阻电动机控制系统设计

基于51单片机的开关磁阻电动机控制系统设计_工学_高等教育_教育专区。学士学位毕业...哈尔滨电工学院等,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...

基于AVR单片机的步进电机控制器设计

1 基于 AVR 单片机的步进电机控制器 第二章、步进电机控制系统 2.1 步进电动机控制系统步进电动机本体、步进电动机驱动电路和控制单元构成步进电动机系统不可分割...

基于AVR单片机的LED显示屏控制系统的研究

基于AVR单片机的LED显示屏控制系统的研究_电子/电路_工程科技_专业资料。基于 AVR 单片机的 LED 显示屏控制系统的研究 2015-07-09 摘要: 随着大规模集成电路和...

用AVR单片机实现直流电机PWM调速

AVR单片机实现直流电机PWM调速_信息与通信_工程科技_专业资料。毕业设计专用资料AVR PWM OC0 系统功能 AVR 内部脉宽调制 OC0 输出实验,用 LED 指示 PWM 的频率...

基于AVR单片机的温度控制系统

基于AVR单片机的温度控制系统_计算机硬件及网络_IT/计算机...系统工作原理 ..(1)开关键盘输入交通灯初始时间,...广灵县 ,学生,主要从事电子研发学习及其相关教学研 ...