永磁同步电机弱磁控制系统的研究

发布时间：2017-09-09 22:35

  本文关键词：永磁同步电机弱磁控制系统的研究

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【摘要】：永磁同步电机(PMSM)具有体积小、功率密度大、损耗少、效率高等特点,被广泛运用于数控机床,工业机器人等高速高精度场合。电机的反电动势会随着电机转速升高而快速增长,但定子电压不能无限制地增加,所以电机升压调速范围受到限制。为了拓宽永磁同步电机的调速范围,可通过弱磁控制来降低磁链的大小。由于永磁同步电机是通过永磁体励磁的,无法通过改变励磁电流直接减弱磁场,但可通过调节直轴电流来实现,采用反向增加电机直轴电流分量来使合成气隙磁场得到减弱,从而使电压关系保持平衡,得到弱磁升速的效果。本文从弱磁控制的角度出发,对弱磁升速的问题进行了研究,并进行了相关实验验证。本文首先介绍了永磁同步电机的基本结构及其工作原理；对比分析了永磁同步电机在三相静止坐标系、两相静止坐标系和两相旋转坐标系中的数学模型；介绍了永磁同步电机矢量控制的原理,在此基础上详细叙述了空间电压矢量调制技术。其次,从表贴式永磁同步电机d、q轴的电压稳态方程出发,对两种弱磁控制策略进行研究。其一,分析了基于梯度校正法弱磁控制策略的电机运行区域,并给出了各个运行区域的d、q轴电流修正算法。其二,针对梯度校正法算法复杂的不足,提出了一种新的弱磁控制策略：基于扩展最大转矩电流比的弱磁控制策略。该控制策略在保持电机在全速范围内的最大转矩电流比控制和有效拓宽电机调速范围的同时,也保持电机一定的高速带载能力。通过MATLAB/Simulink仿真软件对基于扩展最大转矩电流比的弱磁控制算法进行仿真分析,仿真结果表明该算法有效提升了电机的调速范围,且具有良好的电流响应性能。最后以T1公司的TMS320F28335芯片为控制核心,以富士公司的智能功率模块(IPM 6MBP30RH060)为功率驱动核心设计与搭建硬件系统,并结合相应的软件系统组成了完整的弱磁控制系统。对该系统进行实验调试和实验效果分析,实验结果证明了文中提出的弱磁控制方案的有效性,为永磁同步电机弱磁控制系统进一步改进奠定了基础。
【关键词】：永磁同步电机 弱磁控制 矢量控制 最大转矩电流比
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 弱磁控制的国内外研究现状12-15
• 1.2.1 基于控制策略的弱磁控制12-14
• 1.2.2 基于改进电机结构的弱磁控制14-15
• 1.3 本文主要研究内容15-17
• 第二章 永磁同步电机数学模型及其控制策略17-33
• 2.1 永磁同步电机基本结构及其工作原理17-18
• 2.2 永磁同步电机的数学模型18-23
• 2.2.1 三相静止坐标系下的数学模型18-20
• 2.2.2 两相静止坐标系下的数学模型20-21
• 2.2.3 两相旋转坐标系下的数学模型21-23
• 2.3 永磁同步电机矢量控制原理23-25
• 2.4 空问矢量调制技术25-32
• 2.4.1 SVPWM的基本原理25-29
• 2.4.2 SVPWM算法的实现29-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 永磁同步电机弱磁控制33-50
• 3.1 永磁同步电机弱磁控制的约束条件33-36
• 3.1.1 不考虑定子电阻的约束方程33-35
• 3.1.2 考虑定子电阻的约束方程35-36
• 3.2 永磁同步电机弱磁控制的自动弱磁环节36-38
• 3.3 基于梯度校正法的弱磁控制策略38-41
• 3.3.1 永磁同步电机的运行区域38-40
• 3.3.2 弱磁电流给定值的修正40-41
• 3.4 扩展最大转矩电流比弱磁控制策略41-45
• 3.4.1 工作区域的划分42-43
• 3.4.2 弱磁区间的电流给定43-45
• 3.5 电机参数对弱磁性能的影响45-47
• 3.6 仿真及分析47-49
• 3.7 本章小结49-50
• 第四章 永磁同步电机弱磁控制系统的软硬件设计50-64
• 4.1 PMSM弱磁控制系统硬件设计50-59
• 4.1.1 硬件系统总体架构50-51
• 4.1.2 功率驱动板电路设计51-55
• 4.1.3 控制板电路设计55-59
• 4.2 PMSM弱磁控制系统软件设计59-63
• 4.2.1 软件系统总体框架59-60
• 4.2.2 主程序设计60-61
• 4.2.3 中断服务程序设计61-63
• 4.3 本章小结63-64
• 第五章 永磁同步电机弱磁控制系统实验研究64-70
• 5.1 实验平台简介64-65
• 5.2 实验结果65-69
• 5.2.1 开环实验65-67
• 5.2.2 电流跟随实验67-69
• 5.2.3 速度跟随实验69
• 5.3 本章小结69-70
• 总结与展望70-71
• 参考文献71-76
• 致谢76

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本文编号：823162