基于永磁同步电机的手持钻高性能驱动控制系统研究

发布时间：2020-05-22 16:29

【摘要】：永磁同步电机拥有能量转换率高、功率密度大、结构简单等优良的特点,在航空航天领域、国防科技领域、民用电器领域中都离不开永磁同步电机的使用。在民用电器中,手持钻在生产生活中具有较多的使用。传统手持钻多使用直流有刷电机,但因其在运转过程中会产生电火花和容易散落碳粉颗粒,限制了其应用范围。本文以永磁同步电机作为手持钻的动力器件,避免了电火花和碳粉颗粒的产生,扩大了手持钻的应用范围。并且因为永磁同步电机的特点,可以缩小手持钻的体积和重量,减小使用负担。手持钻作为民用电器,为了获得市场,需要把成本尽量降低。本文采用成本较低的控制策略,将针对永磁同步电机的无传感器矢量控制技术和单电阻电流重构技术进行研究。本文首先对永磁同步电机的基本结构进行分析,分别建立了永磁同步电机在三相静止坐标系、两相旋转坐标系和两相静止坐标系下的数学模型。然后对不同坐标系下的变换策略进行分析,并给出变换方程。最后,对空间矢量调制技术进行研究分析。针对滑模观测器在估算反电动势的过程中容易产生“抖振”的问题。本文使用双曲正切型变饱和函数替换传统的常数开关函数来减小系统的“抖振”。因为低通滤波器的截止频率不能自适应的变化,因此设计一种变低通滤波器,使得到的反电动势更加准确。因为低通滤波器的使用会带来相位的延迟,所以设计根据转速来补偿转子位置的机制,使转子位置估算更加准确。在此过程中,设计出双曲正切型变饱和函数滑模观测器的状态方程,根据电流电压信息估算出电机反电动势信息,并根据得到的反电动势信息估算出电机位置和速度信息。最后,在Matlab/Simulink仿真环境下,对双曲正切型变饱和函数滑模观测器进行验证。针对传统单电阻电流重构技术会造成PWM波形不对称导致电流谐波增加和PWM周期增加导致调速区间降低的问题,提出一种新型矢量插入法。在保证足够的采样时间的前提下,既保证了PWM周期不增加,也保证了一个周期内PWM波形的对称性。在此过程中,首先介绍了单电阻电流采样的基本原理,对单电阻电流采样面临的在低调制区域和扇区边界区域难以准确测量三相电流的问题进行研究。介绍了传统的移相法和矢量插入法,并在此基础上提出新型矢量插入法。在低调制区域和扇区边界区域,分别对新型矢量插入法进行研究论证。最后,在Matlab/Simulink仿真环境下对基于新型矢量插入法的单电阻电流重构技术进行验证。经过上述仿真研究之后,使用TMS320F28027作为主控芯片,搭建软硬件实验平台。首先概述了基于永磁同步电机的手持钻控制板的硬件构成,之后介绍了控制系统的软件设计思路,使用C语言在CCS8.3中实现算法。从实验数据可以看出,本文所设计的控制器具有较好的起动性能,对转速变化具有较好的适应能力和较好的鲁棒性。在高速情况下,估算出的转子位置信息和实际位置信息基本一致。可以实现手持钻的高性能控制。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM341

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 银豪;王腾飞;高超;汪慧明;;五相永磁同步电机容错控制仿真[J];机械制造与自动化;2019年06期

2 程义;柯宝平;潘岱松;吴先坤;;一种新能源汽车用永磁同步电机磁路优化分析[J];客车技术;2019年06期

3 周晓燕;孙立翔;王金平;;基于等效热网络法的永磁同步电机温升计算[J];微电机;2019年11期

4 朱明祥;孙红艳;;一种内置式永磁同步电机死区补偿方法的研究[J];微电机;2019年11期

5 彭超洋;;永磁同步电机鲁棒滑模控制算法研究[J];自动化技术与应用;2019年12期

6 魏会军;陈华杰;周博;江胜军;张辉;;压缩机用永磁同步电机的电气绝缘性研究[J];微特电机;2019年12期

7 ;开关电压二次构造的永磁同步电机无速度传感器控制方法[J];传感器世界;2019年10期

8 齐春叶;;试析永磁同步电机在机车上的运用[J];内燃机与配件;2018年24期

9 王宾;张坤;石晓艳;;基于滑模变结构的永磁同步电机直接转矩控制[J];安徽理工大学学报(自然科学版);2019年05期

10 张光臻;;永磁同步电机数字控制延时模型及影响分析[J];中国汽车;2019年11期

相关会议论文 前10条

1 才立忠;吴卫楠;饶界;卢有君;李艳斌;;基于耦合场仿真的永磁同步电机噪声分析[A];2016中国汽车工程学会年会论文集[C];2016年

2 张立军;方杰;王心坚;孟德建;;永磁同步电机电磁振动多场耦合建模与分析[A];2016中国汽车工程学会年会论文集[C];2016年

3 徐煜昊;夏加宽;李天元;;电动汽车驱动用永磁同步电机的设计与分析[A];第十四届沈阳科学学术年会论文集（理工农医）[C];2017年

4 宋得雪;聂磊;彭兵;;分数槽交替极永磁同步电机齿槽转矩优化分析[A];第十四届沈阳科学学术年会论文集（理工农医）[C];2017年

5 董新宇;赵希梅;;基于滑模控制的永磁同步电机直接转矩控制[A];第十四届沈阳科学学术年会论文集（理工农医）[C];2017年

6 王正祥;于明湖;;压应力对压缩机用永磁同步电机铁损的影响及改善分析[A];2016年中国家用电器技术大会论文集[C];2016年

7 李风辉;董婷;;电动汽车用多相永磁同步电机的设计与分析[A];第十三届沈阳科学学术年会论文集（理工农医）[C];2016年

8 雷鸣凯;朱国昕;;永磁同步电机带遗忘因子的迭代学习控制[A];第十三届沈阳科学学术年会论文集（理工农医）[C];2016年

9 李生祥;韩雪岩;;高速永磁同步电机三维全域温度场数值计算[A];第十二届沈阳科学学术年会论文集（理工农医）[C];2015年

10 张gq星;杨霞;;一种改进的SVPWM永磁同步电机控制系统研究[A];第十二届沈阳科学学术年会论文集（理工农医）[C];2015年

相关重要报纸文章 前10条

1 记者 陈正军;嵊州，，奏响产业升级进行曲[N];绍兴日报;2017年

2 申军平　雷冬梅;永磁同步电机承担主牵引驱动[N];运城日报;2010年

3 张永法;F2TP永磁同步电机掀起节能革命[N];中国纺织报;2007年

4 刘文硕;永磁同步电机助推纺织机节能[N];中国工业报;2007年

5 杨建光;永磁同步电机牵引系统研发取得突破[N];人民铁道;2015年

6 刘文硕;高效永磁同步电机降低设备电力损耗[N];中国纺织报;2007年

7 吴涛;永铜选厂球磨机同步电机励磁装置改造成功[N];中国有色金属报;2005年

8 ;超高速防爆变频调速同步电机研制成功[N];中国技术市场报;2011年

9 本报记者 丁波;“上上下下”更绿色[N];解放日报;2005年

10 记者 李文峰 通讯员 姜尚昆 易臣;全球首套盾构机永磁同步电机交付[N];湖南日报;2016年

相关博士学位论文 前10条

1 万援;脉冲发电机拖动用背绕式绕组高速永磁同步电机研究[D];哈尔滨工业大学;2019年

2 曾德鹏;多单元永磁同步电机无机械负荷间接测试方法研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

3 于吉坤;高速永磁同步电机电磁分析与转子动力学研究[D];哈尔滨工业大学;2017年

4 胡耀华;电动汽车用内置式永磁同步电机的研究[D];南京航空航天大学;2017年

5 李福;永磁同步电机的改进型离散域电流控制策略研究[D];重庆大学;2018年

6 刘子剑;内嵌式永磁同步电机转子偏心故障诊断方法的研究[D];浙江大学;2018年

7 唐其鹏;永磁同步电机中低速无位置传感器控制技术研究[D];华中科技大学;2018年

8 刘莹;永磁同步电机模型预测控制策略研究[D];华中科技大学;2018年

9 林瑶瑶;永磁同步电机参数辨识方法与伺服控制技术研究[D];大连理工大学;2018年

10 于子淞;基于非线性补偿的永磁同步电机转矩脉动抑制方法研究[D];东北大学;2017年

相关硕士学位论文 前10条

1 李凯;基于永磁同步电机的手持钻高性能驱动控制系统研究[D];江苏科技大学;2019年

2 吴晓辉;电动汽车永磁同步电机控制系统研究[D];山东理工大学;2019年

3 王剑波;纯电动汽车用永磁同步电机温度场分析及散热优化[D];吉林大学;2019年

4 章曾;永磁同步电机电动助力转向控制系统研究[D];山东理工大学;2019年

5 窦照磊;永磁同步电机宽范围调速电流分配策略研究[D];华中科技大学;2019年

6 柳鹏;永磁同步电机高频注入无传感器控制系统的设计与实现[D];华中科技大学;2019年

7 刘红丹;永磁同步电机的无位置传感器控制[D];华中科技大学;2019年

8 刘涛;永磁同步电机速度环控制策略研究[D];华中科技大学;2019年

9 刘青;永磁同步电机无传感器性能提升实现及死区补偿[D];华中科技大学;2019年

10 黄星迪;永磁同步电机MTPA控制策略工程实现方法研究[D];华中科技大学;2019年

本文编号：2676278