基于自抗扰策略的永磁同步电机直接转矩控制

发布时间：2017-07-19 02:04

  本文关键词：基于自抗扰策略的永磁同步电机直接转矩控制

  更多相关文章： 永磁同步电机 直接转矩控制 定子磁链观测 自抗扰控制 空间矢量调制

【摘要】：随着电力电子技术、现代控制理论以及微处理器等技术的发展,交流电机调速性能得以迅速提高并在很多调速领域逐渐取代直流电机。作为交流同步电动机的一员,永磁同步电机由于具有结构简单、功率因数高、转矩惯量比大的优点在调速领域占有重要地位,随着对高精度调速需求的日益增长,永磁同步电机的应用前景越来越好,同时对高性能调速算法的需求也越来越高。直接转矩控制是继矢量控制之后出现的另一高性能闭环调速策略,通过对电磁转矩以及定子磁链的控制实现电机调速,强调对电磁转矩的直接控制,具有响应迅速,鲁棒性强等优点。传统的直接转矩控制使用滞环比较器对转矩进行控制,存在转矩脉动大、逆变器开关频率不恒定的缺点。基于空间矢量调制的直接转矩控制虽然解决了开关频率的问题,然而控制性能往往受限于PID调节器参数。为实现定子磁链和电磁转矩的准确估计,本文基于电机实验平台的结构和特点,考虑三种条件下的观测性能：定子电压选择来源不同、有初始磁链估计误差以及定子电阻发生变化。对三种观测模型下的观测性能进行了理论分析和仿真验证,最终选择了合适的模型设计定子磁链和转矩观测器。为提高电机的调速精度,降低转矩脉动,本文基于定子磁场同步旋转坐标系下的数学模型,借鉴自抗扰技术的思想,设计了参考电压控制律,并利用空间矢量调制技术调制参考电压驱动逆变器为电机供电,最终得到基于自抗扰策略的直接转矩控制方案,并对控制方案的可行性进行了仿真对比分析。最后,本文利用电机的空载启动实验、带负载启动实验以及期望转速突变实验对控制方案的调速性能进行了对比分析,并进行了算法复杂度的计算,验证了本文调速方案的可行性。
【关键词】：永磁同步电机 直接转矩控制 定子磁链观测 自抗扰控制 空间矢量调制
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-18
• 1.1 课题研究背景及意义14-15
• 1.2 直接转矩控制研究现状15-16
• 1.3 本文组织结构16-18
• 第2章 直接转矩控制基本原理18-30
• 2.1 永磁同步电机结构及数学模型18-22
• 2.1.1 永磁同步电机基本结构18-19
• 2.1.2 坐标变换19-20
• 2.1.3 永磁同步电机数学模型20-22
• 2.2 传统直接转矩控制22-25
• 2.2.1 三相电压源逆变器22-23
• 2.2.2 转矩和磁链的滞环控制23-24
• 2.2.3 传统的直接转矩控制系统24-25
• 2.3 基于SVM的直接转矩控制系统25-29
• 2.3.1 空间矢量调制25-27
• 2.3.2 SVPWM实现27-28
• 2.3.3 基于SVM的直接转矩控制系统28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 定子磁链与电磁转矩估计30-44
• 3.1 定子磁链估计方法30-34
• 3.1.1 基于电压-电流模型的观测30-31
• 3.1.2 基于电流-转速模型的观测31-32
• 3.1.3 基于电压-转速模型的观测32-34
• 3.2 观测器性能分析34-37
• 3.2.1 定子电压选择对观测性能的影响34
• 3.2.2 磁链初值估计对观测性能的影响34-36
• 3.2.3 定子电阻变化对观测性能的影响36-37
• 3.3 仿真分析37-42
• 3.3.1 仿真和实验条件37
• 3.3.2 定子电压来源不同时的仿真对比37-39
• 3.3.3 存在磁链初始估计误差时的仿真对比39-41
• 3.3.4 定子电阻变化时的仿真对比41-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第4章 基于自抗扰技术的直接转矩控制方案44-60
• 4.1 自抗扰控制理论44-48
• 4.1.1 跟踪微分器44-45
• 4.1.2 扩张状态观测器45-46
• 4.1.3 误差反馈46-47
• 4.1.4 参数整定47-48
• 4.2 PMSM自抗扰控制器设计48-53
• 4.2.1 mt坐标系下的PMSM数学模型48-49
• 4.2.2 速度环控制器设计49-51
• 4.2.3 参考电压控制律设计51-53
• 4.3 基于自抗扰技术的直接转矩控制系统53-59
• 4.3.1 控制系统结构53-54
• 4.3.2 仿真分析54-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第5章 基于DSP的直接转矩控制系统实现60-70
• 5.1 DSP程序结构框架60-62
• 5.1.1 主程序流程60-61
• 5.1.2 中断服务程序流程61-62
• 5.2 系统实现与结果分析62-69
• 5.2.1 电机实验平台结构62-63
• 5.2.2 电机启动与空载实验63-65
• 5.2.3 带负载启动实验65-67
• 5.2.4 转速突变实验67-68
• 5.2.5 算法复杂度对比68-69
• 5.3 本章小结69-70
• 第6章 结束语70-72
• 6.1 本文的主要工作和贡献70
• 6.2 工作展望70-71
• 6.3 工作心得和体会71-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-78
• 攻读硕士学位期间的学术活动及研究成果78

【参考文献】

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1 刘静;晏永红;蔡f，

本文编号：560708