基于FPGA和碳化硅功率器件的永磁伺服系统研究
发布时间：2021-03-30 12:52
永磁同步电机伺服控制系统具有调速范围宽、转矩波动小、响应速度快、峰值转矩大、过载能力强等优点,有着广阔的应用前景。在永磁同步电机伺服控制系统中,电流环处于整个系统的最内环,电流环动态性能影响着其他外环的性能,电流环带宽决定了整个伺服系统的基础带宽。因此本文针对永磁伺服系统电流环带宽这一问题进行了深入研究。首先,本文构建了考虑数字控制系统延迟的电流环数学模型,研究了数字系统延迟对电流环带宽以及电流控制器参数的影响,对比了不同采样更新方式下的数字系统延迟以及相应的电流环带宽。在此基础上,本文提出了一种加入电流延迟补偿的分段采样更新方式,该方法对控制系统处理器性能要求较低,计算余量大,伺服系统开关频率提高时不容易因为计算时间不足而影响电流环带宽扩展效果,更加适用于应用了宽禁带功率器件的永磁伺服系统。其次,为了进一步扩展电流环带宽提升电流环性能,本文构建了SiC MOSFET的器件模型和驱动电路模型,分析了SiC MOSFET驱动电路设计中的驱动电压震荡和上下桥臂串扰等主要问题,设计并制作了以SiC MOSFET为功率开关器件的三相桥式逆变电路,测试结果表明该电路可以在高开关频率下稳定运行,可...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
永磁同步电机的物理等效模型
浙江大学硕士学位论文基于FPGA和碳化硅功率器件的永磁伺服系统研究23图3.2永磁同步电机双闭环矢量控制仿真仿真电机参数如表3.1仿真用永磁同步电机参数表3.1所示：表3.1仿真用永磁同步电机参数参数数值额定转速N/(r/min)1200定子电感L/mH1.879定子电阻R/Ω0.477永磁体磁链/Wb0.0912极对数P4转动惯量J/kg*m20.0092阻尼系数B/N*m*s0.00002042永磁同步电机双闭环矢量控制仿真中，在时刻突加的转速给定，在时突加的负载给定。由于速度环输出限幅为A，在突加转速给定后，速度环的输出可以认为是一个大小为3A的矩形波，在无解耦的情况下，电机d、q轴电流如图3.3所示：
浙江大学硕士学位论文基于FPGA和碳化硅功率器件的永磁伺服系统研究24图3.3无解耦的情况下，电机d、q轴电流波形可以看到，随着电机转速的提升，电压耦合现象逐渐明显，q轴电流在d轴产生的电压耦合项使d轴电流超过给定值0，而d轴电流和转子磁动势又在q轴产生电压耦合项使得q轴电流下降。电流环性能因此下降。如果能够加入耦合补偿环节，根据d、q轴电流值对电流控制器输出进行补正，令：(3-1)则有：(3-2)解耦后不再有耦合项存在，电流反馈解耦矢量控制框图如图3.4所示图3.4电流反馈解耦矢量控制框图+++-++++---iqid
【参考文献】：
期刊论文
[1]永磁同步电机低计算复杂度离散开关占空比预测转矩控制[J]. 李晨,谷鑫,周湛清,李新旻,史婷娜,夏长亮. 中国电机工程学报. 2020(14)
[2]基于带宽的永磁同步电机伺服控制器设计[J]. 雷阳,徐静,郝强,杨丽娜. 南京理工大学学报. 2019(06)
[3]高速低载波比下永磁同步电机电流环稳定性分析[J]. 国敬,范涛,章回炫,边元均,温旭辉. 中国电机工程学报. 2019(24)
[4]增加延时补偿的永磁同步电机电流预测控制[J]. 裴进. 电工电气. 2019(05)
[5]基于复合PI控制器的永磁伺服电机电流控制[J]. 崔业兵,左月飞,桂亮,朱孝勇,曾凡铨. 电机与控制学报. 2019(04)
[6]永磁同步电机有限集无参数模型预测控制[J]. 陈卓易,邱建琪,金孟加. 电机与控制学报. 2019(01)
[7]永磁直线同步电机电流环新型线性自抗扰控制[J]. 董家臣,高钦和. 电机与控制应用. 2019(01)
[8]永磁同步电机改进型三矢量模型预测转矩控制[J]. 陈炜,曾思坷,张国政,周湛清. 电工技术学报. 2018(S2)
[9]永磁同步电机电流环频率响应改进策略研究[J]. 肖海峰,贺昱耀,乔社娟. 电机与控制学报. 2018(06)
[10]基于FPGA的永磁同步电机电流环带宽拓展的比较研究[J]. 昌鹏,高瑾. 电机与控制应用. 2018(01)
博士论文
[1]永磁同步电机伺服系统控制策略的研究[D]. 林伟杰.浙江大学 2005
硕士论文
[1]基于SiC逆变器的高速永磁同步电机驱动系统研究[D]. 谢成龙.哈尔滨工业大学 2019
[2]永磁同步电机快速响应高精度伺服控制[D]. 高京哲.哈尔滨工业大学 2019
[3]基于ARM和FPGA的四轴伺服驱动系统的设计[D]. 王瑜.山东大学 2019
[4]交流伺服系统电流环带宽的扩展方法研究[D]. 张超若.哈尔滨工业大学 2019
[5]永磁同步电机无差拍电流预测控制研究[D]. 王戈.西安理工大学 2018
[6]基于碳化硅功率器件的永磁同步电机驱动系统研究[D]. 石宏康.哈尔滨工业大学 2018
[7]碳化硅MOSFET器件建模及一体化驱动技术研究[D]. 李刚.哈尔滨工业大学 2016
[8]碳化硅功率器件在永磁同步电机驱动器中的应用研究[D]. 聂新.南京航空航天大学 2015
[9]基于FPGA的交流伺服系统电流环设计[D]. 伍庆.华中科技大学 2013
[10]交流永磁同步伺服系统电流环带宽拓展技术研究[D]. 牛里.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3109539
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
永磁同步电机的物理等效模型
浙江大学硕士学位论文基于FPGA和碳化硅功率器件的永磁伺服系统研究23图3.2永磁同步电机双闭环矢量控制仿真仿真电机参数如表3.1仿真用永磁同步电机参数表3.1所示：表3.1仿真用永磁同步电机参数参数数值额定转速N/(r/min)1200定子电感L/mH1.879定子电阻R/Ω0.477永磁体磁链/Wb0.0912极对数P4转动惯量J/kg*m20.0092阻尼系数B/N*m*s0.00002042永磁同步电机双闭环矢量控制仿真中，在时刻突加的转速给定，在时突加的负载给定。由于速度环输出限幅为A，在突加转速给定后，速度环的输出可以认为是一个大小为3A的矩形波，在无解耦的情况下，电机d、q轴电流如图3.3所示：
浙江大学硕士学位论文基于FPGA和碳化硅功率器件的永磁伺服系统研究24图3.3无解耦的情况下，电机d、q轴电流波形可以看到，随着电机转速的提升，电压耦合现象逐渐明显，q轴电流在d轴产生的电压耦合项使d轴电流超过给定值0，而d轴电流和转子磁动势又在q轴产生电压耦合项使得q轴电流下降。电流环性能因此下降。如果能够加入耦合补偿环节，根据d、q轴电流值对电流控制器输出进行补正，令：(3-1)则有：(3-2)解耦后不再有耦合项存在，电流反馈解耦矢量控制框图如图3.4所示图3.4电流反馈解耦矢量控制框图+++-++++---iqid
【参考文献】：
期刊论文
[1]永磁同步电机低计算复杂度离散开关占空比预测转矩控制[J]. 李晨,谷鑫,周湛清,李新旻,史婷娜,夏长亮. 中国电机工程学报. 2020(14)
[2]基于带宽的永磁同步电机伺服控制器设计[J]. 雷阳,徐静,郝强,杨丽娜. 南京理工大学学报. 2019(06)
[3]高速低载波比下永磁同步电机电流环稳定性分析[J]. 国敬,范涛,章回炫,边元均,温旭辉. 中国电机工程学报. 2019(24)
[4]增加延时补偿的永磁同步电机电流预测控制[J]. 裴进. 电工电气. 2019(05)
[5]基于复合PI控制器的永磁伺服电机电流控制[J]. 崔业兵,左月飞,桂亮,朱孝勇,曾凡铨. 电机与控制学报. 2019(04)
[6]永磁同步电机有限集无参数模型预测控制[J]. 陈卓易,邱建琪,金孟加. 电机与控制学报. 2019(01)
[7]永磁直线同步电机电流环新型线性自抗扰控制[J]. 董家臣,高钦和. 电机与控制应用. 2019(01)
[8]永磁同步电机改进型三矢量模型预测转矩控制[J]. 陈炜,曾思坷,张国政,周湛清. 电工技术学报. 2018(S2)
[9]永磁同步电机电流环频率响应改进策略研究[J]. 肖海峰,贺昱耀,乔社娟. 电机与控制学报. 2018(06)
[10]基于FPGA的永磁同步电机电流环带宽拓展的比较研究[J]. 昌鹏,高瑾. 电机与控制应用. 2018(01)
博士论文
[1]永磁同步电机伺服系统控制策略的研究[D]. 林伟杰.浙江大学 2005
硕士论文
[1]基于SiC逆变器的高速永磁同步电机驱动系统研究[D]. 谢成龙.哈尔滨工业大学 2019
[2]永磁同步电机快速响应高精度伺服控制[D]. 高京哲.哈尔滨工业大学 2019
[3]基于ARM和FPGA的四轴伺服驱动系统的设计[D]. 王瑜.山东大学 2019
[4]交流伺服系统电流环带宽的扩展方法研究[D]. 张超若.哈尔滨工业大学 2019
[5]永磁同步电机无差拍电流预测控制研究[D]. 王戈.西安理工大学 2018
[6]基于碳化硅功率器件的永磁同步电机驱动系统研究[D]. 石宏康.哈尔滨工业大学 2018
[7]碳化硅MOSFET器件建模及一体化驱动技术研究[D]. 李刚.哈尔滨工业大学 2016
[8]碳化硅功率器件在永磁同步电机驱动器中的应用研究[D]. 聂新.南京航空航天大学 2015
[9]基于FPGA的交流伺服系统电流环设计[D]. 伍庆.华中科技大学 2013
[10]交流永磁同步伺服系统电流环带宽拓展技术研究[D]. 牛里.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3109539
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