多采样率永磁同步牵引电机数字控制系统研究

发布时间：2017-08-23 06:39

  本文关键词：多采样率永磁同步牵引电机数字控制系统研究

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【摘要】：与异步电机相比,永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor)效率高,相同体积总输出功率大,因此受到了广泛的关注。大功率牵引传动系统为了降低开关损耗同时实现直流电压的最大利用率,开关频率一般仅为数百赫兹且最终要过渡到方波控制。低开关频率增加了数字控制系统的延时,降低了系统带宽,从而无法实现电机的高动态控制性能。另外,方波工况下电压幅值达到最大无法调节,因此基于电流调节器的矢量控制不再适用,同时为弱磁控制带来困难。首先采用了一种基本母线钳位策略(BBCS)的过调制方法,保证了谐波特性的同时也实现了到方波工况的平滑过渡。分析了数字控制原理及延时产生机理,并对多采样率数字控制系统进行了建模分析,然后提出了一种基于状态观测器的延时补偿算法,对系统延时进行补偿,使低开关频率下的系统响应速度和解耦性能都得到有效改善。针对方波工况下传统双电流环控制深度弱磁时因交叉耦合引起弱磁失效的情况,采用了一种电压相角弱磁方法,避免了传统控制中两个调节器之间的冲突,保证了电机的全速域范围内的最大转矩控制。本文基于MATLAB/Simulink搭建了永磁同步电机传动系统仿真模型,并搭建了基于TMS320VC33的300kW永磁同步电机实验平台。分别在仿真和实验中对基本母线钳位过调制策略和延时补偿算法以及电压相角弱磁方法进行了分析,验证了所提方案的可行性。
【关键词】：永磁同步电机 基本母线钳位 多采样率 延时补偿 弱磁控制
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM922.71
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 引言10-16
• 1.1 研究背景10
• 1.2 国内外发展现状和趋势10-15
• 1.2.1 永磁同步牵引传动系统应用概况10-11
• 1.2.2 大功率永磁同步电机控制技术11-15
• 1.3 本文主要内容15-16
• 2 永磁同步电机矢量控制系统16-30
• 2.1 永磁同步电机的数学模型16-21
• 2.1.1 永磁同步电机的结构及物理模型16-17
• 2.1.2 永磁同步电机数学模型17-21
• 2.2 永磁同步电机矢量控制21-24
• 2.2.1 永磁同步电机运行分析21-22
• 2.2.2 永磁同步牵引系统的矢量控制方法22-24
• 2.3 空间矢量PWM过调制算法24-28
• 2.3.1 SVPWM基本原理24-25
• 2.3.2 基本母线钳位过调制算法25-26
• 2.3.3 仿真结果及分析26-28
• 2.4 本章小结28-30
• 3 多采样率永磁同步电机数字控制系统延时补偿30-42
• 3.1 传统数字控制及延时问题30-32
• 3.1.1 数字控制延时产生原理30-31
• 3.1.2 数字延时影响分析31-32
• 3.2 时补偿控制策略32-38
• 3.2.1 多采样率数字控制系统33-34
• 3.2.2 基于状态观测器的延时补偿算法34-36
• 3.2.3 延时补偿在解耦控制上的应用36-38
• 3.3 仿真结果及分析38-41
• 3.3.1 延时补偿仿真分析38-39
• 3.3.2 加入延时补偿的解耦控制仿真分析39-41
• 3.4 本章小结41-42
• 4 永磁同步电机电压相角法弱磁控制42-56
• 4.1 永磁同步电机弱磁运行理论42-44
• 4.1.1 永磁同步电机弱磁控制基本原理42-44
• 4.1.2 电流调节器弱磁策略的问题44
• 4.2 电压相角法弱磁44-52
• 4.2.1 电压相角法弱磁原理44-46
• 4.2.2 电压相角法弱磁控制稳定性分析46-51
• 4.2.3 控制策略的实现51-52
• 4.3 仿真及结果分析52-54
• 4.4 本章小结54-56
• 5 实验及结果分析56-76
• 5.1 永磁同步电机实验平台56-60
• 5.1.1 实验平台介绍56-59
• 5.1.2 实验平台控制逻辑59-60
• 5.2 基本母线钳位过调制开环实验60-63
• 5.2.1 基本母线钳位过调制数字实现方式60-61
• 5.2.2 基本母线钳位过调制实验结果61-63
• 5.3 电机转子初始位置校正、闭环实验63-66
• 5.3.1 转子初始位置校正63-64
• 5.3.2 电流闭环实验64-65
• 5.3.3 空载转速闭环实验65-66
• 5.4 永磁同步电机延时补偿与解耦控制实验66-71
• 5.4.1 延时补偿实验66-70
• 5.4.2 解耦控制实验70-71
• 5.5 永磁同步电机电压相角法弱磁实验71-74
• 5.6 本章小结74-76
• 6 结论和展望76-78
• 参考文献78-82
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果82-86
• 学位论文数据集86

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本文编号：723560