大功率高精度永磁交流伺服系统关键技术研究

发布时间：2017-11-01 14:22

  本文关键词：大功率高精度永磁交流伺服系统关键技术研究

  更多相关文章： 永磁同步电机 交流伺服系统 新型负载力矩辨识滑模观测器 抗负载扰动 高可靠性硬件系统 大功率高精度

【摘要】：永磁同步电机因其高精度、高功率因数、高响应、高效率等优点而广泛地应用于航空航天、军工、纺织机械等小功率应用领域。近年来,其更是逐步取代异步电机,在大功率场合得到了广泛应用。由于在大型高端设备应用场合中,其负载变化大以及应用环境复杂多变,这其中存在两点关键技术:如何构建具有高可靠性的大功率永磁交流伺服硬件系统;在控制算法上,如何抑制负载的变化带来的不良影响。本文主要围绕这两点展开了研究。首先,从抑制负载扰动算法的研究角度考虑,分析了滑模变结构控制的原理和永磁同步电机的数学模型,并在此基础上建立了传统负载力矩辨识滑模观测器数学模型。为了抑制滑模变结构控制带来的抖振影响,引入反馈增益,优化控制函数,提出了新型负载力矩辨识滑模观测器,并对其进行了稳定性分析与数字化实现。其次,为了验证算法的正确性,根据矢量控制系统原理,确定了系统原理框图,并以之前推算得到的数学模型为基础,利用matlab建立系统仿真模型。从多个方面对系统进行负载力矩观测的仿真试验,并对比传统与新型负载力矩辨识滑模观测器所观测得到的转矩结果,最终验证了新型负载力矩辨识滑模观测器在对负载力矩的观测上确实具有抑制抖振的作用。然后,以电路的高可靠性、高精度特点为目标,以DSP芯片TMS320F28335为控制核心,完成系统的硬件设计,并着重分析了部分功能电路的原理。其中包括高精度电流位置检测、高可靠性保护电路、PWM隔离驱动、反激式DC-DC电源等几个关键要点。由于电路安全的重要性,需要对保护电路进行multisim硬件电路仿真,结果表明其能较好的实现电路保护的功能。最后,为了证明理论的可行性、优越性,对其进行了实验测试。首先,在此硬件电路基础上,实现了新型控制策略的软件设计,并设计搭建了硬件实验平台。其次,通过速度控制性能、抗负载扰动性能以及位置控制性能三方面对系统进行实验测试。在实验过程中,使用数据采集卡采集位置、速度等信号,通过labview编写的测试界面显示。最终证明新型方案的确能够有效地抑制负载扰动带来的转速波动,验证了改进型方案的可行性以及理论的科学性。
【关键词】：永磁同步电机 交流伺服系统 新型负载力矩辨识滑模观测器 抗负载扰动 高可靠性硬件系统 大功率高精度
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341;TM921.541
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 研究背景11
• 1.2 国内外的研究现状和发展趋势11-14
• 1.2.1 永磁交流伺服系统的研究现状及发展趋势11-13
• 1.2.2 负载扰动抑制算法的研究现状及发展趋势13-14
• 1.3 课题研究的主要内容14-16
• 第二章 基于滑模观测器的永磁同步电机新型负载力矩辨识算法研究16-27
• 2.1 引言16
• 2.2 永磁交流伺服系统概述16-17
• 2.3 滑模变结构控制原理17-19
• 2.4 传统负载力矩辨识滑模观测器机理19-21
• 2.4.1 永磁同步电机数学模型19-20
• 2.4.2 传统负载力矩辨识滑模观测器的构建20-21
• 2.5 新型负载力矩辨识滑模观测器设计21-23
• 2.6 系统稳定性分析23-25
• 2.7 数字化实现25-26
• 2.8 本章小结26-27
• 第三章 基于新型滑模观测器的负载力矩辨识系统建模与仿真分析27-40
• 3.1 引言27
• 3.2 系统建模27-30
• 3.3 系统仿真分析30-39
• 3.3.1 控制函数的改进性能分析30-33
• 3.3.2 反馈增益大小影响分析33-36
• 3.3.3 速度自适应控制性能分析36-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第四章 高可靠性大功率永磁交流伺服硬件系统设计40-56
• 4.1 引言40
• 4.2 总体硬件结构设计40-41
• 4.3 控制核心模块电路41-48
• 4.3.1 控制核心TMS320F28335与LCMXO1200的介绍41-42
• 4.3.2 电压转换电路42-43
• 4.3.3 位置检测电路43-45
• 4.3.4 电流采样与调理电路45-47
• 4.3.5 分频输出电路47-48
• 4.4 驱动核心模块电路48-51
• 4.4.1 PWM隔离驱动模块电路48-49
• 4.4.2 故障检测电路49-50
• 4.4.3 反激式DC-DC控制电源50-51
• 4.5 人机显示模块电路51-52
• 4.6 故障检测电路仿真52-54
• 4.7 PCB设计54-55
• 4.8 本章小结55-56
• 第五章 系统实验测试与分析56-73
• 5.1 引言56
• 5.2 系统软件设计56-61
• 5.2.1 软件整体设计57
• 5.2.2 电流采样模块57-59
• 5.2.3 位置采样模块59-61
• 5.3 系统实验平台的搭建61-62
• 5.4 基于labview的位置与速度信息采集的软件实现62-64
• 5.5 实验测试结果及分析64-71
• 5.5.1 速度控制性能64-68
• 5.5.2 位置控制性能68-69
• 5.5.3 抗负载扰动性能69-71
• 5.6 本章小结71-73
• 第六章 总结与展望73-74
• 参考文献74-77
• 攻读学位期间的研究成果77-78
• 致谢78

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 冯桂宏;李研;张炳义;;一种基于滑模观测器的低速大转矩永磁同步电动机无传感器控制方法研究[J];微电机;2008年05期

2 胡军,朱东起,高景德;滑模观测器及其在无机械传感器永磁同步电机驱动系统的应用[J];清华大学学报(自然科学版);1997年01期

3 李辰;李颖晖;王磊;;基于滑模观测器的永磁同步电机矢量控制[J];微计算机信息;2008年31期

4 何志明;廖勇;李辉;;一种新的无传感器滑模观测器仿真研究[J];系统仿真学报;2009年04期

5 陈华伟;张剑;李文善;张培磊;;基于平滑切换律自适应滑模观测器的无位置传感器控制[J];微电机;2013年07期

6 彭志香;陈卫兵;成传柏;尹康;;带有前置和后置滤波器的滑模观测器仿真研究[J];湖南工业大学学报;2013年05期

7 张凤霞,常富强;一类线性扰动系统的模糊滑模观测器的设计[J];烟台大学学报(自然科学与工程版);2003年01期

8 孙宜标,郭庆鼎;基于滑模观测器的直线伺服系统反馈线性化速度跟踪控制[J];控制理论与应用;2004年03期

9 祝晓辉;李颖晖;;基于扰动滑模观测器的永磁同步电机矢量控制[J];电机与控制学报;2007年05期

10 黄飞;皮佑国;;基于滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制的研究[J];计算技术与自动化;2009年02期

中国重要会议论文全文数据库 前5条

1 张娴;程月华;姜斌;;基于滑模观测器和变结构控制的小卫星姿态控制系统设计[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年

2 朱敬举;夏群力;;导弹驾驶仪滑模观测器研究[A];'2008系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2008年

3 申忠宇;赵瑾;;不匹配不确定动态系统的鲁棒滑模观测器设计[A];2011年中国智能自动化学术会议论文集（第一分册）[C];2011年

4 马晴;乔枫;赵浩铭;;基于观测器的故障诊断方法及其应用研究[A];第十届沈阳科学学术年会论文集（信息科学与工程技术分册）[C];2013年

5 王刚;刘军;;SVPWM在PMSM无传感器矢量控制中的应用[A];第十九届测控、计量、仪器仪表学术年会(MCMI'2009)论文集[C];2009年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 任俊杰;基于滑模观测器的船舶永磁同步电机无位置传感器控制研究[D];大连海事大学;2015年

2 于金泳;基于滑模观测器的故障重构方法研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 褚丹丹;基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器矢量控制研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

2 莫远秋;基于滑模观测器的高速永磁同步电机无传感器技术研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

3 张亚培;基于滑膜观测器的船舶永磁推进电机矢量控制研究[D];大连海事大学;2015年

4 王平羽;基于滑模观测器的永磁同步电机矢量控制研究[D];大连理工大学;2015年

5 孙耀程;基于滑模观测器的PMSM无位置传感器驱动控制系统的研究[D];南京航空航天大学;2014年

6 张旭;基于无传感器的PMSM观测器矢量控制策略研究[D];东北石油大学;2015年

7 虞志源;大功率高精度永磁交流伺服系统关键技术研究[D];浙江理工大学;2016年

8 鞠旋;自适应滑模观测器的研究与应用[D];江南大学;2011年

9 邓超;基于改进型滑模观测器的直驱永磁风电运行控制研究[D];湖南大学;2013年

10 陈彦坤;永磁同步电机新型滑模观测器无位置传感器控制[D];天津大学;2012年

，

本文编号：1127222