永磁同步电机FOC算法研究及控制器设计
发布时间：2022-04-25 19:07
电动汽车代替传统燃油汽车成为必然趋势,电机驱动系统则是电动汽车的关键技术之一。永磁同步电机因其高功率密度、高可靠性、高精度等优点,是极具发展潜力的电动车驱动电机之一。本文在是永磁同步电机磁场定向控制的基础上对一些关键算法进行了完善和改进,并完成了实验用控制器的设计。设计流程可用于同类控制器设计参考。关键算法的完善和改进主要从减少电机体积和驱动器的硬件复杂度出发,对传统的矢量控制进行无位置传感器和单母线电流传感器算法深入研究,提出了相应的实用算法并进行了仿真验证。论文首先对永磁同步电机的结构及数学模型进行了详细论述,为后期算法设计及仿真提供理论基础;将传统的SVPWM算法过程进行简化,适合单片机编程;采用基于反电动势的滑模观测器对无位置传感器电机进行转子估算和转速估算;采用单母线电流传感器对电机三相电流进行重构,通过三种方法解决重构时出现的不可观测区;通过Matlab/Simulink对两种算法进行仿真验证,证实算法的可行性;完善了永磁同步电机磁场定向控制器的设计流程,设计了驱动器的硬件电路;采用32位的STM32F302R8T6微控制器进行软件设计,并进行了相关的实验验证。
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 电动汽车对电动机的基本要求
1.3 电动汽车车用电机发展现状及种类和性能
1.3.1 电动车电机发展现状
1.3.2 有刷直流电机
1.3.3 感应电动机
1.3.4 永磁同步电机
1.3.5 开关磁阻电机
1.4 永磁同步电机控制系统发展现状
1.4.1 磁场定向控制(FOC)
1.4.2 直接转矩控制(DTC)
1.5 课题研究内容
第2章 永磁同步电机矢量控制原理
2.1 永磁同步电机的数学模型
2.2 磁场定向控制FOC整体框图
2.3 两个重要的坐标变换原理
2.3.1 Clark变换
2.3.2 Park变换
2.4 空间电压矢量脉宽调制算法(SVPWM)
2.4.1 SVPWM算法原理
2.4.2 传统的SVPWM算法实现
2.4.3 改善SVPWM算法步骤
2.4.4 仿真
2.5 本章小结
第3章 永磁同步电机无位置传感器算法研究
3.1 引言
3.2 反电动势位置估算基本原理
3.3 基于滑模的反电动势观测器设计
3.3.1 滑模理论基础简述
3.3.2 滑模抖振的削弱
3.3.3 反电动势滑模观测器的设计
3.3.4 滑模观测器的数字化
3.4 实验仿真
3.5 本章小结
第4章 永磁同步电机单电流传感器相电流重构
4.1 引言
4.2 相电流重构的原理
4.2.1 绕组相电流与母线电流关系
4.2.2 不可观测区分析
4.3 脉冲移位法
4.3.1 工作原理
4.3.2 模型搭建及仿真实验
4.4 有效矢量插入法
4.4.1 工作原理
4.4.2 模型搭建及仿真实验
4.5 本章小结
第5章 永磁同步电机控制器的设计
5.1 总体硬件框图
5.2 微控制器的选取
5.3 电源电路设计
5.4 功率变换电路设计
5.5 电流采样电路设计
5.6 供电电压监测电路设计
5.7 刹车电路设计
5.8 速度控制电路设计
5.9 实物PCB设计
5.10 本章小结
第6章 系统的软件设计
6.1 系统软件总体设计
6.2 系统初始化
6.3 高频任务
6.4 Systick中断
6.5 中频任务
6.6 安全任务
6.7 系统调试
6.8 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于STM32的永磁同步电机控制板设计[J]. 孟健,梁珣. 电子与封装. 2019(12)
[2]永磁同步电机控制在电动汽车中的应用[J]. 李文悦. 内燃机与配件. 2019(22)
[3]电动汽车的发展现状与未来趋势分析[J]. 颜乐平,成姿,周常飞,李琰. 电工技术. 2019(22)
[4]基于SVPWM的永磁同步电机DTC技术[J]. 尹星,袁登科,甄永成,邵仲书,吕相杰. 系统仿真学报. 2019(11)
[5]永磁同步电机矢量控制与直接转矩控制特性比较研究[J]. 赵尚丽,徐勇光. 电子质量. 2019(10)
[6]基于英飞凌XMC4700多功能功率开发套件的SVPWM编程设计[J]. 袁登科,胡宗杰. 机电一体化. 2019(05)
[7]基于DSP的永磁同步电机控制系统硬件设计[J]. 李琛,潘松峰. 制造业自动化. 2019(09)
[8]电动汽车驱动电机发展现状分析[J]. 陈亚莉. 汽车与驾驶维修(维修版). 2019(09)
[9]永磁同步电机矢量控制系统的建模仿真研究[J]. 翟影,俞建定,陈帅帅,陈翔. 无线通信技术. 2019(03)
[10]中国新能源汽车产业发展的回顾与展望[J]. 宋紫峰. 新经济导刊. 2019(03)
硕士论文
[1]基于永磁同步电机的新能源汽车控制系统研究[D]. 马鸣威.长春工业大学 2019
[2]电动汽车用永磁同步电机控制方法及其实现研究[D]. 于雪锋.湖南工业大学 2019
[3]基于SVPWM的永磁同步电机无差拍直接转矩控制[D]. 冯烨.沈阳工业大学 2019
[4]基于STM32的永磁同步电机驱动控制系统的研究[D]. 张朋辉.沈阳工业大学 2019
[5]基于单电流传感器的PMSM宽运行范围相电流重构算法研究[D]. 卢伟.哈尔滨工业大学 2018
[6]电动汽车永磁同步电机动态最大转矩电流比控制方法研究[D]. 徐恺.电子科技大学 2018
[7]基于STM32的永磁同步电机矢量控制系统的研究[D]. 包明杰.浙江师范大学 2018
[8]基于单电流传感器的无刷直流电机相电流重构方法[D]. 李娟娟.北京工业大学 2017
[9]电动车永磁同步电机磁场定向控制技术研究[D]. 刘永飞.河北科技大学 2016
[10]永磁同步电机无传感器新型滑模观测器研究[D]. 李雪恺.电子科技大学 2016
本文编号：3648172
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 电动汽车对电动机的基本要求
1.3 电动汽车车用电机发展现状及种类和性能
1.3.1 电动车电机发展现状
1.3.2 有刷直流电机
1.3.3 感应电动机
1.3.4 永磁同步电机
1.3.5 开关磁阻电机
1.4 永磁同步电机控制系统发展现状
1.4.1 磁场定向控制(FOC)
1.4.2 直接转矩控制(DTC)
1.5 课题研究内容
第2章 永磁同步电机矢量控制原理
2.1 永磁同步电机的数学模型
2.2 磁场定向控制FOC整体框图
2.3 两个重要的坐标变换原理
2.3.1 Clark变换
2.3.2 Park变换
2.4 空间电压矢量脉宽调制算法(SVPWM)
2.4.1 SVPWM算法原理
2.4.2 传统的SVPWM算法实现
2.4.3 改善SVPWM算法步骤
2.4.4 仿真
2.5 本章小结
第3章 永磁同步电机无位置传感器算法研究
3.1 引言
3.2 反电动势位置估算基本原理
3.3 基于滑模的反电动势观测器设计
3.3.1 滑模理论基础简述
3.3.2 滑模抖振的削弱
3.3.3 反电动势滑模观测器的设计
3.3.4 滑模观测器的数字化
3.4 实验仿真
3.5 本章小结
第4章 永磁同步电机单电流传感器相电流重构
4.1 引言
4.2 相电流重构的原理
4.2.1 绕组相电流与母线电流关系
4.2.2 不可观测区分析
4.3 脉冲移位法
4.3.1 工作原理
4.3.2 模型搭建及仿真实验
4.4 有效矢量插入法
4.4.1 工作原理
4.4.2 模型搭建及仿真实验
4.5 本章小结
第5章 永磁同步电机控制器的设计
5.1 总体硬件框图
5.2 微控制器的选取
5.3 电源电路设计
5.4 功率变换电路设计
5.5 电流采样电路设计
5.6 供电电压监测电路设计
5.7 刹车电路设计
5.8 速度控制电路设计
5.9 实物PCB设计
5.10 本章小结
第6章 系统的软件设计
6.1 系统软件总体设计
6.2 系统初始化
6.3 高频任务
6.4 Systick中断
6.5 中频任务
6.6 安全任务
6.7 系统调试
6.8 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于STM32的永磁同步电机控制板设计[J]. 孟健,梁珣. 电子与封装. 2019(12)
[2]永磁同步电机控制在电动汽车中的应用[J]. 李文悦. 内燃机与配件. 2019(22)
[3]电动汽车的发展现状与未来趋势分析[J]. 颜乐平,成姿,周常飞,李琰. 电工技术. 2019(22)
[4]基于SVPWM的永磁同步电机DTC技术[J]. 尹星,袁登科,甄永成,邵仲书,吕相杰. 系统仿真学报. 2019(11)
[5]永磁同步电机矢量控制与直接转矩控制特性比较研究[J]. 赵尚丽,徐勇光. 电子质量. 2019(10)
[6]基于英飞凌XMC4700多功能功率开发套件的SVPWM编程设计[J]. 袁登科,胡宗杰. 机电一体化. 2019(05)
[7]基于DSP的永磁同步电机控制系统硬件设计[J]. 李琛,潘松峰. 制造业自动化. 2019(09)
[8]电动汽车驱动电机发展现状分析[J]. 陈亚莉. 汽车与驾驶维修(维修版). 2019(09)
[9]永磁同步电机矢量控制系统的建模仿真研究[J]. 翟影,俞建定,陈帅帅,陈翔. 无线通信技术. 2019(03)
[10]中国新能源汽车产业发展的回顾与展望[J]. 宋紫峰. 新经济导刊. 2019(03)
硕士论文
[1]基于永磁同步电机的新能源汽车控制系统研究[D]. 马鸣威.长春工业大学 2019
[2]电动汽车用永磁同步电机控制方法及其实现研究[D]. 于雪锋.湖南工业大学 2019
[3]基于SVPWM的永磁同步电机无差拍直接转矩控制[D]. 冯烨.沈阳工业大学 2019
[4]基于STM32的永磁同步电机驱动控制系统的研究[D]. 张朋辉.沈阳工业大学 2019
[5]基于单电流传感器的PMSM宽运行范围相电流重构算法研究[D]. 卢伟.哈尔滨工业大学 2018
[6]电动汽车永磁同步电机动态最大转矩电流比控制方法研究[D]. 徐恺.电子科技大学 2018
[7]基于STM32的永磁同步电机矢量控制系统的研究[D]. 包明杰.浙江师范大学 2018
[8]基于单电流传感器的无刷直流电机相电流重构方法[D]. 李娟娟.北京工业大学 2017
[9]电动车永磁同步电机磁场定向控制技术研究[D]. 刘永飞.河北科技大学 2016
[10]永磁同步电机无传感器新型滑模观测器研究[D]. 李雪恺.电子科技大学 2016
本文编号：3648172
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