船舶永磁同步推进电机无位置传感器控制研究

发布时间：2017-08-30 20:45

  本文关键词：船舶永磁同步推进电机无位置传感器控制研究

  更多相关文章： 永磁同步电机 矢量控制 反电动势法 DSP28335 无位置传感器

【摘要】：随着电机控制技术的飞速发展,电力推进型船舶在航运领域的应用变得越来越广泛,永磁同步电机(PMSM)以其体积小、效率高、控制性能优良等优点成为船舶推进电机的主导。因此,永磁同步电机变频驱动系统的研究对航运事业有着重要意义。本文以船舶永磁同步推进电机变频驱动装置为研究对象,针对有位置传感器变频系统存在的缺陷,提出了一种基于无位置传感器技术的永磁同步电机全速度范围运行方案,该方案以预定位法确定转子初始位置,按恒定加速度加速至固定转速,中高速采用反电动势法估算转子角度。并设计研发了一套以DSP28335为核心的永磁同步电机变频调速系统,在保证系统设计正确可靠的基础上,对所提方案进行了实验验证。本文首先推导了永磁同步电机在不同坐标系下的数学模型,阐述了矢量控制原理,并深入分析了基于id=0策略的矢量控制结构及在DSP内的实现过程。其次,介绍了反电动势法的原理,并针对安装位置传感器系统存在的缺点,以及大多数无位置算法在电机低速运行状态下角度估测的不准确性,提出了一种PMSM在无位置传感器情况下的全速度范围运行方案,详细研究了预定位、开环启动、状态切换等关键阶段的内容。接着,给出了系统的硬件设计电路,按模块阐述了各个电路的功能、结构以及工作原理。同时,介绍了一种较为实用的电机参数测量方法及其详细的操作步骤,为获得电机重要参数提供了简单直接的途径。最后,在CCS3.3编译环境下完成了程序的编写,阐明了系统软件的设计结构、详细流程以及反电动势法在DSP内的实现过程,并给出了实验结果。实验结果显示,系统的电流、电压以及转速波形在各种运行工况下均能保持良好,证明了本文建立的船舶永磁同步推进电机变频调速系统软硬件设计的正确性。同时,预定位、开环启动以及反电动势法估算转子角度的结果也与理论分析相符,证明了文中所提方案的可行性。
【关键词】：永磁同步电机 矢量控制 反电动势法 DSP28335 无位置传感器
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.3
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究的背景及意义10-11
• 1.2 永磁同步电机的发展及研究现状11-12
• 1.3 永磁同步电机无位置传感器算法概述12-14
• 1.3.1 基于数学模型的开环算法13
• 1.3.2 基于观测器模型的闭环算法13-14
• 1.3.3 高频注入法14
• 1.4 本文主要研究内容及论文安排14-16
• 第2章 永磁同步电机矢量控制理论16-30
• 2.1 永磁同步电机理论研究16-22
• 2.1.1 坐标变换16-18
• 2.1.2 永磁同步电机数学模型18-22
• 2.2 永磁同步电机矢量控制22-26
• 2.2.1 基于i_d=0策略的永磁同步电机矢量控制方案22-24
• 2.2.2 SPWM在DSP内的实现方法24-26
• 2.3 转子位置角的获取与修正26-29
• 2.3.1 角度获取方法26-27
• 2.3.2 电机初始位置定位27-28
• 2.3.3 转子位置自修正原理28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 PMSM无位置传感器全速度范围运行研究30-40
• 3.1 预定位法定位转子初始位置30-33
• 3.1.1 转子预定位法原理30-31
• 3.1.2 定位盲区的的避免31-32
• 3.1.3 转子预定位法的实现32-33
• 3.2 开环启动33-35
• 3.3 开环到闭环的过渡过程35-38
• 3.3.1 比例融合过渡35-36
• 3.3.2 “转矩-功角自平衡”过渡过程36-38
• 3.4 反电动势法角度估算原理38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 系统硬件设计与电机参数辨识40-53
• 4.1 系统的总体硬件结构设计40
• 4.2 电源模块40-41
• 4.3 主电路模块41-45
• 4.3.1 主电路拓扑41
• 4.3.2 电流和电压采样调理电路41-42
• 4.3.3 IGBT驱动电路42-43
• 4.3.4 逻辑门保护电路43-45
• 4.4 控制电路模块45-49
• 4.4.1 DSP最小系统45-46
• 4.4.2 SCI通信模块46
• 4.4.3 码盘信号反馈电路46-47
• 4.4.4 模拟量调速电路47-48
• 4.4.5 DAC外扩电路48-49
• 4.5 电机参数测量49-52
• 4.5.1 定子电阻的测量49-50
• 4.5.2 直轴电感的测量50
• 4.5.3 交轴电感的测量50-52
• 4.6 本章小结52-53
• 第5章 系统软件设计与实验结果53-75
• 5.1 系统主程序流程设计53-56
• 5.1.1 系统初始化程序设计54-55
• 5.1.2 主循环程序设计55
• 5.1.3 启动和停止程序设计55-56
• 5.2 EPWM中断服务程序设计56-63
• 5.2.1 速度环软件设计58-60
• 5.2.2 转子位置修正软件设计60-62
• 5.2.3 电流环软件设计62-63
• 5.3 反电动势法角度估测的软件实现63-67
• 5.3.1 i_α和i_β实际值的确定63
• 5.3.2 U_α和U_β实际值的确定63-65
• 5.3.3 角度估测的软件实现65-67
• 5.4 实验结果分析67-74
• 5.4.1 电机参数测量实验67-68
• 5.4.2 有位置传感器系统运行结果68-71
• 5.4.3 预定位与开环启动实验71-72
• 5.4.4 角度估算结果测量实验72-74
• 5.5 本章小结74-75
• 总结与展望75-77
• 参考文献77-81
• 攻读学位期间公开发表论文及研究成果81-83
• 致谢83-84
• 作者简介84

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本文编号：761415