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双余度永磁同步电机驱动控制研究

发布时间:2018-05-25 01:36

  本文选题:余度技术 + DR-PMSM ; 参考:《西安科技大学》2017年硕士论文


【摘要】:在现代航空航天领域,一体化电力作动器(Integrated ElectricalActuator,IEA)的应用越来越广泛,永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)是 IEA的重要组成部分,同时也是故障的高发环节。为了提高IEA系统可靠性,行之有效的方式就是提高PMSM系统的可靠性。目前国内外均通过余度技术提高PMSM系统可靠性,即从电机本体优化设计和电机驱动控制两个方面进行研究1。本文主要针对双余度永磁同步电机(Dual-redundancy Permanent Magnet Synchronous Motor,DR-PMSM)驱动控制系统进行建模、分析与仿真、软硬件设计等工作的研究。分析了 DR-PMSM驱动控制系统的拓扑结构。针对DR-PMSM本体,分别建立其在三种坐标系的数学模型,并推导了传递函数。对驱动控制系统的三相全控桥、电流均衡方法、转子位置检测通道重构方法进行建模。采用转子磁场定向方式,并将id=0的电流矢量控制方法运用到系统中。设计了 DR-PMSM驱动控制系统的总体方案,采用转速-电流双闭环控制方法,同时结合空间矢量对DR-PMSM系统进行调速控制。通过“电流平均注入法”解决由于电流不均衡带来的转矩脉动大,运行不平稳的问题。采用转子位置检测通道重构方案增加系统的容错能力。在Matlab/Simulink建立DR-PMSM系统的仿真模型,分析系统在两种余度工作模式下运行以及切换时的转速和三相电流响应。驱动控制系统采用“单CPU+双驱动”提高整个系统工作的可靠性。通过对驱动控制系统总体方案的分析,将系统的硬件电路分为控制电路、电源电路以及功率驱动电路。对部分关键电路进行选型,确定了主控芯片,功率驱动模块以及电机转子位置的检测模块,同时对驱动控制系统的硬件电路进行了详细的分析。根据DR-PMSM系统性能的要求,并结合驱动控制系统的硬件电路,对系统进行软件设计。对系统程序进行模块化处理,包括主程序、中断程序、转子位置检测通道重构方法程序等。采用基于NI公司的Labview虚拟仪器建立上位机平台,实现控制器与上位机之间转速、三相电流、母线电压等参数的发送以及接收,运行状态的实时显示以及试验数据的存储等。最后进行了实验研究,进行的实验主要包括电源性能测试、电机性能测试、旋变解算电路测试和PWM信号测试。为了验证系统动态响应性能,通过上位机发送指令,电机转速设置为2000 rpm阶跃指令。实验结果表明系统启动快,无超调,指令值和误差值在误差允许范围内,系统动态响应性能良好。
[Abstract]:In the field of modern aeronautics and astronautics, integrated electric actuator (IEA) is more and more widely used. Permanent Magnet Synchronous motor (PMSM) is an important part of IEA, and it is also a high probability link of faults. In order to improve the reliability of IEA system, the effective way is to improve the reliability of PMSM system. At present, the reliability of PMSM system is improved by redundancy technology at home and abroad, that is, the optimization design of motor body and motor drive control are studied. This paper focuses on the modeling, analysis and simulation of Dual-redundancy Permanent Magnet Synchronous Motor DR-PMSMMM drive control system, and the design of hardware and software. The topology of DR-PMSM drive control system is analyzed. The mathematical models of DR-PMSM ontology in three coordinate systems are established and the transfer function is derived. The three-phase full control bridge, current equalization method and rotor position detection channel reconstruction method of driving control system are modeled. The current vector control method of id=0 is applied to the system. The overall scheme of DR-PMSM drive control system is designed, and the speed and current double closed loop control method is adopted. At the same time, the speed regulation of DR-PMSM system is controlled by space vector. The "current average injection method" is used to solve the problem of large torque ripple and unsteady running due to current imbalance. The rotor position detection channel reconstruction scheme is used to increase the fault tolerance of the system. The simulation model of DR-PMSM system is established in Matlab/Simulink, and the response of speed and three-phase current when the system runs and switches in two redundant working modes is analyzed. The single CPU dual drive system is used to improve the reliability of the whole system. The hardware circuit of the system is divided into control circuit, power supply circuit and power drive circuit by analyzing the overall scheme of the drive control system. Some key circuits are selected and the main control chip, power drive module and motor rotor position detection module are determined. At the same time, the hardware circuit of the drive control system is analyzed in detail. According to the requirement of DR-PMSM system performance and the hardware circuit of the drive control system, the software of the system is designed. Modularize the system program, including the main program, interrupt program, rotor position detection channel reconstruction program and so on. The Labview virtual instrument based on NI company is used to set up the upper computer platform to realize the transmission and reception of the parameters such as rotational speed, three-phase current, bus voltage and so on between the controller and the host computer, the real-time display of the running state and the storage of the test data, etc. Finally, the experiments are carried out, including power performance test, motor performance test, rotation calculation circuit test and PWM signal test. In order to verify the dynamic response performance of the system, the machine sends instructions and the motor speed is set to 2000 rpm step instruction. The experimental results show that the system starts quickly, has no overshoot, and the command value and error value are within the range of error, and the dynamic response performance of the system is good.
【学位授予单位】:西安科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM341

【参考文献】

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本文编号:1931508

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