应用于洗衣机的盘式开关磁阻电机控制器设计

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洗衣机已经成为家庭中不可缺少的电器。电机作为洗衣机的动力核心,其性能好坏直接决定了洗衣机系统的优劣。盘式开关磁阻电机具有调速性能好、功率密度高、转矩密度高等优势,因此特别适合于洗衣机频繁正反转的工作状态。本文针对目前永磁电机成本较高而异步电机调速性能较差的问题,设计了一款响应速度好、成本低的洗衣机用盘式开关磁阻电机控制器;并根据洗衣机具体工作环境改善了控制算法,提高了转速稳定性与系统效率,本文主要研究内容如下:(1)针对洗衣机洗衣阶段与甩干阶段转速跨度大的问题,提出了双模糊PI控制策略,从而提高电机调速系统的速度响应。首先根据PI控制与模糊控制理论设计了两组模糊PI控制器,分别控制高速、低速状态;然后通过Simulink仿真软件搭建PI控制器以及双模糊PI控制器的仿真系统;最后通过双模糊PI控制器与PI控制器对比的仿真实验验证双模糊PI控制策略的优越性。(2)洗衣机系统中电机负载大小取决于所洗衣物重量,而用户所洗衣物重量的不同会导致系统的负载值变化较大,因此在高速阶段,为使APC控制策略能够根据负载不同自动调整开通角,并避免关断角取值过大使绕组出现电流拖尾现象,本文提出了开通角自适应策略与关断角自适应策略。首先搭建了PI控制器来实现开通角的调整,控制器输入为转速的偏差,输出为开通角值;然后通过比较定转子凸极重合处电流值的方式来调整关断角;最后通过仿真验证了上述策略的可行性。(3)本文以STM32单片机为核心,搭建了软硬件控制系统。硬件系统包括开关电源、功率变换器、单片机控制系统、电流采样、电压采样、保护电路等部分;软件系统通过中断的方式来实现运行,包括系统定时器中断、ADC中断、捕获定时器中断等程序,在中断中实现转速计算、电流采样、调整开关角换向控制、滤波处理等功能。最后通过搭建的实验平台验证了所开发控制策略的可行性,并验证所设计控制器性能的优越性。
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