CN111025996A - 一种基于rtu的开关磁阻电机调速通讯系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于RTU的开关磁阻电机调速通讯系统，包括RTU远程数据终端装置、SRD调速通讯装置，所述RTU远程数据终端装置包括指令控制器、数据输入输出模块、数据通信模块、电源模块，所述指令控制器与数据输入输出模块连接，所述数据输入输出模块与数据通信模块连接；其中，所述电源模块，用于提供交流电，所述指令控制器，用于处理输入信号，完成运算处理，所述数据输入输出模块，用于接受各种串行数据信号和将经过指令控制器运算处理后的数据信号输出，所述数据通信模块，用于输出的数据信号远距离传输。本发明系统运行稳定，远程控制更方便，不受限于空间上的不便，且系统控制误差小，控制精确。
Description
技术领域
本发明涉及开关磁阻电机技术领域，尤其涉及一种基于RTU的开关磁阻电机调速通讯系统。
背景技术
现有电机一般包括串励有刷直流电机、有刷永磁直流电机、交流电机(异步电机)永磁同步调频电机和无刷直流电机，由于开关磁阻电机简单的结构，低廉的成本，高鲁棒性，开关磁阻电机在各行各业都引起了很高的重视。目前已经成功应用于电动车驱动系统，家用电器，纺织机械，航空航天等众多领域中，成为传统电机的有力竞争者。
近年来，由于大功率开关器件以及数字电子技术的发展，高速低价的数字处理芯片的出现，将高性能数字处理芯片应用于开关磁阻电机的控制系统中，使得开关磁阻电机的性能大大提升，更大限度地显示出SRD的优越性。
开关磁阻电机的控制，必须保证转子位置测试的准确性，以保证精确换相，同时，需要一定的控制算法，来保证电机的运行性能。但是现有的开关磁阻调速电机系统，都是近场连接控制，使用受限于空间分隔，RTU是远程数据终端，用于监视、控制与数据采集的应用。具有远程遥控功能，因此，现需设计一种基于RTU的开关磁阻电机调速通讯系统，以实现远程数据终端传输，实现开关磁阻电机的远程终端控制。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于RTU的开关磁阻电机调速通讯系统。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于RTU的开关磁阻电机调速通讯系统，包括RTU远程数据终端装置、SRD调速通讯装置，所述RTU远程数据终端装置包括指令控制器、数据输入输出模块、数据通信模块、电源模块，所述指令控制器与数据输入输出模块连接，所述数据输入输出模块与数据通信模块连接；
其中，所述电源模块，用于提供交流电，所述指令控制器，用于处理输入信号，完成运算处理，所述数据输入输出模块，用于接受各种串行数据信号和将经过指令控制器运算处理后的数据信号输出，所述数据通信模块，用于输出的数据信号远距离传输；
所述SRD调速通讯装置包括控制器、供电模块、功率变换模块、驱动电路模块、电机本体、电压检测模块、电流检测模块、位置检测模块，所述控制器的输出端连接功率变换模块的控制端，输出控制信号，所述控制器的输入端连接外部给定，所述功率变换模块的输出端连接驱动电路模块，所述驱动电路模块的输出端与电机本体连接，所述功率变换模块的输入端连接有供电模块，其输入端连接蓄电池组，所述电机本体的输出轴外接负载，所述电机本体为开关磁阻电机，开关磁阻电机的定子/转子极数为24/16极，所述电压检测模块、电流检测模块、位置检测模块的输出端均与控制器连接，用于将电压信号、电流信号、位置速度信号输入控制器；
所述控制器将电压信息、电流信息和位置速度信息输出PWM控制信号，所述PWM控制信号输入功率变换模块，在通过驱动电路模块控制驱动电机本体；
所述控制器控制设置与其连接的启动与给定电路、速度调节器、电流调节器、调节电路、通电逻辑电路。
优选地，所述电压检测模块、电流检测模块、位置检测模块的输出端均连接在控制器的输入端，所述电压检测模块包括电压传感器，电压传感器用于检测开关磁阻电机的运行电压，所述电流检测模块包括电流传感器，用于检测开关磁阻电机的运行电流，所述位置检测模块包括位置传感器，所述位置传感器设置在开关磁阻电机的机壳内部，用于检测开关磁阻电机的转子与定子的相对位置以及转速信号，所述传感器包括电流检测器和位置检测器，电流检测器用于检测开关磁阻电机的运行电流。
优选地，所述功率变换模块采用不对称半桥结构，功率开关元件为IGBT，功率开关元件IGBT与开关磁阻电机绕组相串联。
优选地，所述控制器包括FPGA芯片和DSP芯片，所述DSP作为主CPU，用于控制算法的实现，所述FPGA作为辅助CPU，用于测试信号的预处理。
优选地，所述供电模块为120V的铅酸蓄电池供电系统。
优选地，所述数据通信模块包括有线数据通信、无线数据通信，有线通信可采用双绞线、同轴电缆、光纤，无线通信可采用卫星通信。
优选地，所述电压传感器通过第一A/D转换芯片电连接所述控制器，所述电流传感器通过第二A/D转换芯片电连接所述控制器。
本发明的有益效果：
通过设置RTU远程数据终端装置，可通过电信数据网和电力系统通道进行远方设置，进而远程控制开关磁阻电机完成调速，系统运行稳定，且系统控制误差小，控制精确，且支持与扩频、微波、卫星、载波等设备的通讯，远程控制更方便，不受限于空间上的不便。
本系统中开关磁阻电机启动电流小，更节约电能，调速范围和输出功率范围均较为宽泛，且整体效率较高。
通过对开关磁阻电机的软件和控制电路的优化改进，开关磁阻电机功率密度有了较大提高，使得开关磁阻电机运转波动大，噪声低。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于RTU的开关磁阻电机调速通讯系统的结构框图；
图2为本发明提出的一种基于RTU的开关磁阻电机调速通讯系统的SRD调速通讯装置的控制器控制原理框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-2，一种基于RTU的开关磁阻电机调速通讯系统，包括RTU远程数据终端装置、SRD调速通讯装置，所述RTU远程数据终端装置包括指令控制器、数据输入输出模块，可为可编程逻辑控制器PLC，采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出、数据通信模块、电源模块，所述指令控制器与数据输入输出模块连接，所述数据输入输出模块与数据通信模块连接；
其中，所述电源模块，用于提供交流电，所述指令控制器，用于处理输入信号，完成运算处理，所述数据输入输出模块，用于接受各种串行数据信号和将经过指令控制器运算处理后的数据信号输出，所述数据通信模块，用于输出的数据信号远距离传输；
所述SRD调速通讯装置包括控制器、供电模块、功率变换模块、驱动电路模块、电机本体、电压检测模块、电流检测模块、位置检测模块，所述控制器的输出端连接功率变换模块的控制端，输出控制信号，所述控制器的输入端连接外部给定，所述功率变换模块的输出端连接驱动电路模块，所述驱动电路模块的输出端与电机本体连接，所述功率变换模块的输入端连接有供电模块，其输入端连接蓄电池组，所述电机本体的输出轴外接负载，所述电机本体为开关磁阻电机，开关磁阻电机的定子/转子极数为24/16极，将开关磁阻电机的定子、转子极数增加到24/16极，通过增加极数，改善了电机在低速转矩的波动问题，功率密度有了较大提高，电机的噪声有所降低，所述电压检测模块、电流检测模块、位置检测模块的输出端均与控制器连接，用于将电压信号、电流信号、位置速度信号输入控制器；
所述控制器将电压信息、电流信息和位置速度信息输出PWM控制信号，所述PWM控制信号输入功率变换模块，在通过驱动电路模块控制驱动电机本体；
所述控制器控制设置与其连接的启动与给定电路、速度调节器、电流调节器、调节电路、通电逻辑电路。
本发明中，所述电压检测模块、电流检测模块、位置检测模块的输出端均连接在控制器的输入端，所述电压检测模块包括电压传感器，电压传感器用于检测开关磁阻电机的运行电压，所述电流检测模块包括电流传感器，用于检测开关磁阻电机的运行电流，所述位置检测模块包括位置传感器，所述位置传感器设置在开关磁阻电机的机壳内部，用于检测开关磁阻电机的转子与定子的相对位置以及转速信号，所述传感器包括电流检测器和位置检测器，电流检测器用于检测开关磁阻电机的运行电流。
其中，所述功率变换模块采用不对称半桥结构，功率开关元件为IGBT，功率开关元件IGBT与开关磁阻电机绕组相串联。
其中，所述控制器包括FPGA芯片和DSP芯片，所述DSP作为主CPU，用于控制算法的实现，所述FPGA作为辅助CPU，用于测试信号的预处理，其中FPGA的具体功能为：采集到的电流电压以及位置信号的消抖滤波，转子位置的估计，实现转速的实时计算，并且将位置信息、电流电压信息以及速度信息输出到DSP，用于DSP的控制。其中DSP的具体功能为：实现内环控制--电流的闭环控制，实现外环控制--速度的闭环控制。其中电流的闭环控制和速度的闭环控制可以由不同的控制算法实现，可以由最经典的PID控制算法实现也可以由神经网络等智能算法实现。信号的预处理在FPGA中实现，使得DSP的负担大大减轻，DSP只是用来实现核心算法，大大提升控制系统的运行效率和精度。
其中，所述供电模块为120V的铅酸蓄电池供电系统。
其中，所述数据通信模块包括有线数据通信、无线数据通信，有线通信可采用双绞线、同轴电缆、光纤，无线通信可采用卫星通信。
其中，所述电压传感器通过第一A/D转换芯片电连接所述控制器，所述电流传感器通过第二A/D转换芯片电连接所述控制器。
本发明使用时，通过数据输入输出模块，接受各种串行数据信号并将数据信号输入指令控制器，通过指令控制器处理输入信号，完成运算处理，将信号数据输入数据输入输出模块，将经过指令控制器运算处理后的数据信号输出，通过数据通信模块，将输出的数据信号远距离传输至SRD调速通讯装置内的控制器，控制器中的DSP芯片首先进行一系列的初始化操作，接收来自FPGA芯片处理后的电流信息、电压信息和位置速度信息，输出相应的PWM控制信号给功率变换模块，并通过驱动电路模块控制，将整流后的直流电源控制信号指令输出至电机本体，电机本体即可开机旋转，控制器再将通过位置传感器检测到的位置速度信息，与通过数据通信模块接受到的设定的转速信息进行对比，根据速度差值使用相应算法转变成所需电流、电压的控制信号，并根据相应的算法计算得到控制量，并输出相应的PWM控制信号给功率变换模块，并通过驱动电路模块控制电机本体，改变加载电机本体上的电压、电流，实现电机的调速控制。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于RTU的开关磁阻电机调速通讯系统，其特征在于，包括RTU远程数据终端装置、SRD调速通讯装置，所述RTU远程数据终端装置包括指令控制器、数据输入输出模块、数据通信模块、电源模块，所述指令控制器与数据输入输出模块连接，所述数据输入输出模块与数据通信模块连接；
其中，所述电源模块，用于提供交流电，所述指令控制器，用于处理输入信号，完成运算处理，所述数据输入输出模块，用于接受各种串行数据信号和将经过指令控制器运算处理后的数据信号输出，所述数据通信模块，用于输出的数据信号远距离传输；
所述SRD调速通讯装置包括控制器、供电模块、功率变换模块、驱动电路模块、电机本体、电压检测模块、电流检测模块、位置检测模块，所述控制器的输出端连接功率变换模块的控制端，输出控制信号，所述控制器的输入端连接外部给定，所述功率变换模块的输出端连接驱动电路模块，所述驱动电路模块的输出端与电机本体连接，所述功率变换模块的输入端连接有供电模块，其输入端连接蓄电池组，所述电机本体的输出轴外接负载，所述电机本体为开关磁阻电机，开关磁阻电机的定子/转子极数为24/16极，所述电压检测模块、电流检测模块、位置检测模块的输出端均与控制器连接，用于将电压信号、电流信号、位置速度信号输入控制器；
所述控制器将电压信息、电流信息和位置速度信息输出PWM控制信号，所述PWM控制信号输入功率变换模块，在通过驱动电路模块控制驱动电机本体；
所述控制器控制设置与其连接的启动与给定电路、速度调节器、电流调节器、调节电路、通电逻辑电路。
2.根据权利要求1所述的一种基于RTU的开关磁阻电机调速通讯系统，其特征在于，所述电压检测模块、电流检测模块、位置检测模块的输出端均连接在控制器的输入端，所述电压检测模块包括电压传感器，电压传感器用于检测开关磁阻电机的运行电压，所述电流检测模块包括电流传感器，用于检测开关磁阻电机的运行电流，所述位置检测模块包括位置传感器，所述位置传感器设置在开关磁阻电机的机壳内部，用于检测开关磁阻电机的转子与定子的相对位置以及转速信号，所述传感器包括电流检测器和位置检测器，电流检测器用于检测开关磁阻电机的运行电流。
3.根据权利要求1所述的一种基于RTU的开关磁阻电机调速通讯系统，其特征在于，所述功率变换模块采用不对称半桥结构，功率开关元件为IGBT，功率开关元件IGBT与开关磁阻电机绕组相串联。
4.根据权利要求1所述的一种基于RTU的开关磁阻电机调速通讯系统，其特征在于，所述控制器包括FPGA芯片和DSP芯片，所述DSP作为主CPU，用于控制算法的实现，所述FPGA作为辅助CPU，用于测试信号的预处理。
5.根据权利要求1所述的一种基于RTU的开关磁阻电机调速通讯系统，其特征在于，所述供电模块为120V的铅酸蓄电池供电系统。
6.根据权利要求1所述的一种基于RTU的开关磁阻电机调速通讯系统，其特征在于，所述数据通信模块包括有线数据通信、无线数据通信，有线通信可采用双绞线、同轴电缆、光纤，无线通信可采用卫星通信。
7.根据权利要求2所述的一种基于RTU的开关磁阻电机调速通讯系统，其特征在于，所述电压传感器通过第一A/D转换芯片电连接所述控制器，所述电流传感器通过第二A/D转换芯片电连接所述控制器。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200417 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |