高性能永磁同步电机控制系统及其在变频空调中的应用研究

发布时间：2017-04-14 08:19

  本文关键词：高性能永磁同步电机控制系统及其在变频空调中的应用研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科技的发展以及对汽车驱动能源应用的深入研究,电动汽车的发展进入了一个崭新的阶段。电动汽车的发展又推动着车载空调的变革,为了打破国外技术壁垒,国内一些企业和研究人员展开了对车载一体式电动压缩机的研究。本课题基于此背景展开,具有重要的理论价值和现实意义。永磁同步电机因其体积小、寿命长、噪音低、效率高等优点,非常适合应用于车载空调系统中。电动汽车空调系统中能量供给为蓄电池,所以在有限的能量供给条件下,永磁同步电机的效率是电动汽车空调系统中的研究重点。本文选择矢量控制基础上的最大转矩电流比控制技术,该控制技术能有效提高永磁同步电机的运行效率,稳定性强,易于工程实现。并针对永磁同步电机因本体设计因素造成的反电动势畸变而引起的转矩脉动问题,采用了谐波注入的方法设计实验进行分析验证,通过减小转矩脉动,以减小波动、噪声等损耗,提高效率。在分析永磁同步电机结构之后建立了PMSM的电压与磁链模型、空间矢量模型、谐波模型。对PMSM系统损耗及效率进行分析,研究了提高PMSM效率的无传感器技术、最大转矩电流比技术以及谐波注入技术。本文对MTPA控制技术重点进行研究,并在MATLAB/SIMULINK下搭建了仿真模型进行仿真研究,通过仿真验证了MTPA控制的有效性。本文设计了以STM32F103C6T6为控制核心的PMSM控制系统的软硬件设计。对系统的电源模块电路、功率模块电路、定子电流检测电路、光耦隔离电路等进行了详细的阐述,保证硬件系统的可靠性和稳定性。文章给出了永磁同步电机控制策略系统软件设计,对系统设计步骤和流程等方面进行了详细的描述,为实验研究奠定了基础。最后,本文搭建了永磁同步电机实验平台与空调系统实验平台,对实验系统进行了大量的实验研究,详细分析验证了最大转矩电流比控制技术对永磁同步电机控制系统效率提高的效果,验证了谐波注入技术在减小永磁同步电机转矩脉动方面的有效性。
【关键词】：永磁同步电机 矢量控制 MTPA 谐波注入
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341;TM925.12
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 选题的背景及意义11-12
• 1.2 课题相关领域发展现状与趋势12-17
• 1.2.1 永磁同步电机的发展现状与趋势12-14
• 1.2.2 永磁同步电机相关理论的发展现状与趋势14-15
• 1.2.2.1 FOC的发展现状与趋势14-15
• 1.2.2.2 谐波注入方法15
• 1.2.3 电动汽车空调的发展现状与趋势15-17
• 1.3 本文的主要研究内容17-19
• 第2章 永磁同步电机数学模型研究19-37
• 2.1 永磁同步电机的结构19-20
• 2.2 PMSM控制理论基础20-28
• 2.2.1 坐标变换20-24
• 2.2.2 PMSM电压和磁链模型24-27
• 2.2.3 永磁同步电机电磁转矩的公式27-28
• 2.3 PMSM数学模型28-35
• 2.3.1 空间矢量模型28-29
• 2.3.2 PMSM在静止坐标系下的数学模型29-31
• 2.3.3 PMSM在旋转坐标系下的数学模型31-32
• 2.3.4 PMSM谐波数学模型32-35
• 2.4 本章小结35-37
• 第3章 永磁同步电机控制技术研究37-47
• 3.1 永磁同步电机系统损耗及效率分析37-38
• 3.2 矢量控制技术38-39
• 3.3 无传感器控制技术39-42
• 3.3.1 滑模观测器39-42
• 3.4 谐波注入技术42-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 永磁同步电机MTPA控制仿真研究47-61
• 4.1 MTPA控制方法47-48
• 4.2 MTPA控制原理48-51
• 4.2.1 零d轴电流控制48-49
• 4.2.2 最大转矩电流比控制49-51
• 4.3 PI调节器设计51-55
• 4.4 永磁同步电机MTPA控制策略仿真55-59
• 4.5 本章小结59-61
• 第5章 汽车空调用PMSM高性能控制系统软硬件设计61-73
• 5.1 硬件设计61-66
• 5.1.1 电源模块电路61-62
• 5.1.2 功率模块电路62-64
• 5.1.3 PMSM定子电流检测电路64-65
• 5.1.4 光电隔离电路65-66
• 5.2 系统软件设计66-72
• 5.2.1 软件开发平台简介66-67
• 5.2.2 系统程序初始化67-68
• 5.2.3 中断服务子程序设计68
• 5.2.4 MTPA控制算法软件设计流程68-69
• 5.2.5 PMSM控制系统具体参数配置69-71
• 5.2.6 基于STM32F103C6T6的在线监视71-72
• 5.3 本章小结72-73
• 第6章 系统实验与分析73-83
• 6.1 实验平台73-74
• 6.2 MTPA实验与分析74-77
• 6.3 谐波注入实验与分析77-80
• 6.4 空调系统实验与分析80-81
• 6.5 本章小结81-83
• 总结与展望83-86
• 论文总结83
• 未来展望83-86
• 参考文献86-90
• 致谢90

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