基于dSPACE开关磁阻电机控制器开发方法

本文提出了一种基于dSPACE 半实物仿真环境下，开关磁阻电机控制器的开发方法。通过dSPACE系统与实际驱动电路相结合，建立了开关磁阻电机控制器的开发平台，能够方便有效地实现多种开关磁阻电机控制算法。该平台的硬件部分由dSPACE 系统的硬件部分结合电机的驱动电路，驱动电路根据不同的电机开发需求设计。开发平台的软件部分包括模块化建模工具MATLAB/Simulink，与综合实验和测试软件ControlDesk。通过开发平台的建立，归纳出一套开关磁阻电机控制器的开发方法。该方法在MATLAB/Simulink 下建立的仿真模型通过ControlDesk 在线修调参数，同时自动生成控制代码。与传统方法相比，该方法能显著的缩短控制器的开发周期，降低开发成本。
开关磁阻电机（SRM）因结构简单、坚固耐用、高起动转矩、调速范围宽等优点，广泛应用于家用电器、伺服系统、电动车辆等方面。同时，开关磁阻电机系统因其转矩脉动大，噪音高等缺点影响了开关磁阻电机应用领域的进一步拓宽。另一方面，由于开关磁阻电机自身的电磁原理和特点，很难建立精确的电机数学模型，在电机结构上进行改进将花费很大的精力。因此实际应用中，一般开发复杂控制算法的控制器来满足需求。近年来，复杂的控制算法不断应用于开关磁阻电机控制器的开发。[1]这些复杂算法需要比较多的代码编写与调试时间，这也决定着整个系统的开发周期与开发成本。
开关磁阻电机伺服控制器的传统开发过程通常是先按照被控对象控制性能指标制定整体方案，然后进行硬件制作与软件编写工作。当前，开关磁阻电机控制器的硬件结构已经比较成熟，只需要根据实际电机的结构即可确定；相比较而言，复杂的控制算法需要花费更多的时间与资源来进行编写和调试，尤其是更换控制算法的情况下，软件编写需要花费更多的精力。鉴于市场对产品性价比的要求，不但要求达到控制性能指标，还要求在最短的时间里选择出硬件结构与软件控制算法的最优搭配，这也正是传统开发过程很难实现的。
本文根据开关磁阻电机控制器的结构与特点，综合考虑开发实验过程中所可能出现的问题，提出了一种开关磁阻电机控制器的开发方法。首先根据被控对象，搭建开关磁阻电机控制平台。该平台采用目前广泛应用于半实物仿真领域的dSPACE 实时仿真系统，结合自行开发的驱动电路，借助于模块化建模工具MATLAB/Simulink 构造仿真模型，通过Simulink 与dSPACE 硬件平台的完全无缝连接，以及实时控制工具ControlDesk，实现控制算法的在线分析、调试与验证，以此来实现对开关磁阻电机的控制。[2]通过实例验证，该方法能有效的实现对开关磁阻电机的控制，快速地试验并优化各种控制算法，得到相应的硬件结构与控制代码，进而完成开关磁阻电机控制器的快速开发。[3]因此，基于dSPACE 半实物仿真环境下开关磁阻电机控制器的开发方法，为减少开发成本提供了有效的途径。