开关磁阻调速型阀门电动执行机构控制器设计.rar

摘要 阀门被广泛应用于现代工业自动调节系统中，阀门电动执行机构以电能作为动力，通过接受控制器的控制信号（模拟量或数字量），并将这信号变成相应的机械位移（转角或直线），使阀门产生相应动作，达到系统被控参数自动调节的目的。

开关磁阻电机调速系统是一种新兴调速系统，出现在直流调速、交流调速系统之后。开关磁阻电机调速系统由开关磁阻电机和控制器两部分组成。开关磁阻电机采用转子双凸结构，转子无绕组和永磁体，定子上有集中绕组，结构简单可靠。开关磁阻电机成本低、效率高、调速性能优良、可靠性高，越来越为人们所认可和使用。

本文在深入分析大量开关磁阻电机及其调速系统的基础上，针对开关磁阻电机电感、电流、转矩在不同阶段的变化情况，在电机的不同速度下制定不同的控制策略。在电机高速时采取角度位置控制，而在电机低速时则采用电流斩波控制。

作为开关磁阻电动机调速系统的核心，控制器应具备位置闭环、角度细分、位置解算等基本功能，还应具备电流闭环、转速闭环以及转矩闭环的功能。

本课题的研究内容是采用开关磁阻电机作为电动阀门的电动执行机构控制器。通过研究开关磁阻电机的工作原理、基本方程和数学模型，找出控制系统的控制参数；研究出系统的控制方式，设计出基于开关磁阻电机的阀门电动执行机构控制器系统；进行开关磁阻调速型阀门电动执行机构控制器硬件及软件设计；采用TMS320F28335 DSP和CPLD作为控制器，配以功率变换器、检测器（电流检测和位置检测）、控制电路、供电电源电路及相关驱动和故障保护电路，加上软件设计和程序代码烧录，最终实现对阀门的良好控制。从系统运行所得的相关结果来看，预定的各种功能和性能已基本实现。

关键词：电动执行机构，开关磁阻电机，DSP和CPLD

Design of Switched reluctance speed regulation valve electric actuator controller

Abstract Valves are widely used in modern industrial automatic control system，electric valve actuators use electric energy as power. By receiving the control signal(analog or digital) from the controller,the signal is turned into mechanical shift(angular or linear) ,and then make the valve have the corresponding action,finally accomplish the goal that the control parameters adjusts automatically.

Switched reluctance motor drive system is a new control system,which appearing after the DC motor, AC speed regulation system. Switched reluctance motor drive system is composed of two parts ,they are :switched reluctance motor and controller.there are no windings and permanent magnet on the rotor. But there are concentrated windings on the stater.It’s structure is simple and reliable. Switched reluctance motor has plenty of advantages ,such as,low cost,high efficiency,excellent performance of speed adjustment and high reliability,the number of people who use it will increase increasingly.

  In this paper,some materials about switched reluctance motor and its drive system are studied deeply. Aiming the changes of its inductance, winding current and torque at different stages,  Angler Position Control strategy is adopted when high speed,and Chopped Current Control is adopted when low speed.

  As the core of switched reluctance motor drive system,the controller must realize some basic function,such as creating position loop,subdividing the angle and calculating the rotor position. And also,it has to realize the phase current close-loop,speed closed-loop,and other functions.

  The research content of this paper is using the switched reluctance motor as electric actuator electric valve controller. By searching the working principle ,basic equations and mathematical model of switched reluctance motor,we find the control parameters and control mode of control system . We designed electric valve actuators which is based on switched reluctance motor ,which includes two sides:hardware and software.TMS320F28335 DSP and CPLD are applied as controller, with power converter,detector (current detection and location detection), control circuit, power supply circuit and drive and fault protection circuit, and ultimately achieve good control of the valve.From the relevant waveform system operating income, various functions and performance of the predetermined has been basically achieved.

Keywords   electric actuator    switched reluctance motor   DSP and CPLD

目录

第1章 绪论 1

1.1  电动执行机构及其特点 1

1.2  电动执行机构的国内外技术概况及发展趋势 1

1.3  开关磁阻电机的发展历史简介 2

1.4  SRM的性能特点 4

1.4.1 SRM的优点 4

1.4.2 SRM的缺点 5

1.5  SRD系统的研究方向 5

1.6  本研究的任务、内容、方法和意义 6

第2章 SRD的工作原理及SRM的基本方程和数学模型 7

2.1  SRD的组成及基本工作原理 7

2.2  SRM的结构及基本原理 7

2.3.1 电路方程 9

2.3.2 机械方程 9

2.3.3 机电联系方程 9

2.4  简化数学模型 10

2.4.1 电感模型 10

2.4.2 磁链模型 11

2.4.3 电流模型 11

2.4.4 电磁转矩模型 13

第3章 开关磁阻电机的控制策略 14

3.1  电流斩波控制（CCC） 14

3.2  角度位置控制（APC） 16

3.3  组合控制 16

第4章 阀门电动执行机构的硬件设计 18

4.1  控制系统整体框架 18

4.2  主控制器TMS320F28335 DSP和CPLD简介 18

4.3  功率变换器电路 19

4.4  检测电路 20

4.4.1 电流检测电路 20

4.4.2 转子位置检测电路 20

4.5  控制电路 21

4.6  供电电源电路 23

4.7  驱动电路 24

4.8  故障检测和保护电路 25

第5章 阀门电动执行机构控制器的软件设计 27

5.1  软件开发语言和平台介绍 27

5.2  控制系统程序设计完成主要功能 27

5.3  主程序 28

5.4  初始化子程序 28

5.5  位置信号捕获中断程序 29

5.6  电流斩波控制子程序 32

第6章 系统调试及结果 33

6.1 转子位置测试 35

6.2 电机调速试验 36

第7章 总结与展望 38

致谢 39

参考文献 40