双三相永磁同步电机直接转矩控制的研究

发布时间：2017-10-18 14:24

  本文关键词：双三相永磁同步电机直接转矩控制的研究

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【摘要】： 多相永磁同步电机变频调速系统最大的优势就是其高可靠性,这个优点使得它在电气传动领域成为研究的重点。目前,多相永磁同步电机的应用侧重于军事以及高可靠性、大功率的场合。直接转矩控制是继矢量控制之后被研究学者普遍看好的一种高性能交流驱动控制方式,直接转矩控制最初是针对感应电机提出的,后来这种控制思想逐渐应用到永磁同步电机控制上,尤其是近年来在多相永磁同步电机控制系统中也出现了直接转矩控制的身影,使得多相永磁同步电机的控制策略研究迈上了一个新的台阶。 本文首先对双三相永磁同步电机及其相关技术的发展、现状和趋势做一个全面的阐述。给出了六相静止坐标系下双三相永磁同步电机的数学模型。介绍了电压矢量空间解耦理论,利用坐标变换理论,实现了将六维空间的数学模型向以永磁磁链Ψf为直轴的两相旋转坐标系下的数学模型变换。 其次,详细阐述了双三相永磁同步电机直接转矩控制系统的实现原理,介绍了系统的模块结构和各模块的功能。对于双三相永磁同步电机直接转矩控制,提出了一些创新性的理论成果,其中包括对空间电压矢量的选择和分析,最佳开关表的确定,以及零电压矢量开关表的提出。在参照大量文献的基础上,给出了控制系统其他模块的实现方法和某些问题的解决办法。设计了基于低通滤波器串联补偿的磁链估计器,较好地解决了因直流漂移而引起的磁链估计偏差问题。给出了定子磁链幅值的选择和负载角限制问题的解决算法。在此基础上,提出了一套双三相永磁同步电机直接转矩控制的具体实施方案,并根据这套方案建立了基于Simulink (Matlab)的仿真模型,对提出的控制方案进行了仿真分析。实验结果验证了该方案在理论上的可行性。 最后,给出了控制系统的部分硬件电路和软件算法,设计研制了一套基于DSP的双三相永磁同步电机直接转矩控制实验系统,进行了电机运行实验,实验结果达到了预期的要求,同时也验证了理论的正确性和实用性。 本论文开展了继感应电机和三相永磁同步电机之后对双三相永磁同步电机实现直接转矩控制的探索性研究工作,得出了一些有意义的经验和结论,为多相永磁同步电机驱动系统的进一步研究和推广提供了参考。
【关键词】：双三相永磁同步电机 直接转矩控制 电压矢量 数字控制系统
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 引言11
• 1.2 多相永磁同步电机的发展概况11-15
• 1.2.1 永磁同步电机的发展概况及特点11-13
• 1.2.2 多相电动机调速系统的研究概况13-15
• 1.3 直接转矩控制理论及控制方法的发展现状15-16
• 1.3.1 直接转矩控制发展概况15
• 1.3.2 同步电机中的直接转矩控制15-16
• 1.4 本文的主要内容16-18
• 第2章 双三相永磁同步电机直接转矩控制的理论基础18-29
• 2.1 多相电机相数的定义和选择依据18-19
• 2.2 六相静止坐标下双三相永磁同步电机的数学模型19-22
• 2.2.1 双三相PMSM的结构19-20
• 2.2.2 六相静止坐标下双三相PMSM的数学模型20-22
• 2.3 六相电机的矢量空间变换22-25
• 2.4 两相旋转坐标(d-q坐标)下双三相PMSM的数学模型25-28
• 2.4.1 坐标变换25-27
• 2.4.2 d-q坐标系下双三相PMSM的数学模型27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 双三相永磁同步电机直接转矩控制理论29-56
• 3.1 双三相永磁同步电机直接转矩控制基本原理29-34
• 3.1.1 直接转矩控制理论的基本原理29-30
• 3.1.2 双三相永磁同步电机直接转矩控制理论30-33
• 3.1.3 双三相永磁同步电机直接转矩控制系统构成33-34
• 3.2 双三相PMSM直接转矩控制电压矢量的选择和开关表的确定34-43
• 3.2.1 电压源逆变器开关状态及电压空间矢量分析34-36
• 3.2.2 双三相永磁同步电机直接转矩控制电压矢量的选择36-37
• 3.2.3 磁链分区的选择和矢量分析37-41
• 3.2.4 双三相永磁同步电机直接转矩控制开关表的确定41-43
• 3.3 永磁同步电机定子磁链的估算43-49
• 3.3.1 永磁同步电机DTC控制差分模型44
• 3.3.2 直流漂移误差对磁链估计影响44-46
• 3.3.3 定子磁链估计值出现漂移的解决办法46-49
• 3.4 双三相永磁同步电机直接转矩控制定子磁链幅值的选择49-52
• 3.4.1 在不同定子磁链幅值给定下转矩一转矩角特性仿真49-50
• 3.4.2 永磁同步电机直接转矩控制定子磁链幅值的选择计算50-52
• 3.5 永磁同步电机直接转矩控制的负载角限制问题52
• 3.6 双三相PMSM直接转矩控制方案仿真52-54
• 3.7 本章小结54-56
• 第4章 基于DSP控制的双三相永磁同步电机驱动系统的设计与实现56-68
• 4.1 引言56-57
• 4.2 驱动系统的总体框架57-58
• 4.3 双三相永磁同步电机驱动系统逆变电路设计58-61
• 4.3.1 整流桥元件参数的确定59
• 4.3.2 IGBT模块选择59-60
• 4.3.3 滤波电容及预充电电路的选择60-61
• 4.4 双三相永磁同步电机驱动系统控制电路设计61-67
• 4.4.1 控制芯片——TMS320F2812简介61-63
• 4.4.2 电流检测电路63-65
• 4.4.3 IGBT驱动电路65
• 4.4.4 转子位置/转速检测电路65-66
• 4.4.5 计算机外设和通讯接口电路66-67
• 4.5 本章小结67-68
• 第5章 系统的软件设计和实验结果分析68-77
• 5.1 系统软件总体结构68-70
• 5.1.1 控制软件模块组成68-69
• 5.1.2 微机数字控制调速系统的软件框图69-70
• 5.2 控制软件重要模块的实现70-74
• 5.2.1 转子相位初始化70-71
• 5.2.2 转子位置检测71-72
• 5.2.3 速度计算72-74
• 5.2.4 数字滤波74
• 5.3 实验结果及分析74-76
• 5.4 本章小结76-77
• 结论77-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-84
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录84

【参考文献】

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本文编号：1055420