永磁同步电机直接转矩控制与系统实现

发布时间：2017-10-25 02:19

  本文关键词：永磁同步电机直接转矩控制与系统实现

  更多相关文章： 永磁同步电机 直接转矩控制 电压矢量 仿真 设计

【摘要】：永磁同步电机的结构比相同功率的异步电机更加精简,而且由于其转子上没有金属导体绕组,所以它的内部损耗和发热情况大大降低。这些优点使得永磁同步电机在工农业生产的各个方面获得了广泛的应用。目前,许多研究人员将研究的焦点放在永磁同步电机的本体及其控制方法两方面,并且取得了许多重要的研究成果。近些年来,随着电机控制专用芯片的出现和功率器件的高速发展,尤其是一些智能控制理论的出现和应用,永磁同步电机已经逐步取代异步电机,成为使用范围最广的低碳环保电机。本文首先对永磁同步电机直接转矩控制策略在国内外发展现状和未来的研究动态进行介绍,然后对永磁同步电机的数学模型进行了详细的推导,并在此基础上得出永磁同步电机在一些常用坐标系下的数学建模。并介绍了永磁同步电机直接转矩控制系统的基本原理,主要说明了电压矢量的合成方法、电压矢量的选取原则、以及零电压矢量的作用,基于这些理论基础,使用MATLAB/Simulink工具对永磁同步电机直接转矩控制系统进行了仿真模型的搭建,并对仿真结果进行了分析,验证了直接转矩控制策略的正确性和可行性,以及采用零电压矢量可以减小转矩震荡的作用。其次对永磁同步电机直接转矩控制系统的硬件电路进行了设计,主要包括功率主电路设计、MOSFET驱动电路设计、检测电路设计、保护电路设计以及USB电路的最小系统设计,该硬件电路的控制芯片采用TI公司的电机控制专用芯片DSP2812,驱动芯片使用IR公司的IR2110,这样可以减少驱动电源的使用数目,永磁同步电机定子相电流检测电路使用莱姆公司的霍尔电流传感器,该电流传感器精度高,损耗小,而且直接输出电压信号,省去了采样电阻。USB电路的设计采用CY68013A-56PIN作为主控芯片,并给出了具体的接口电路。最后对永磁同步电机直接转矩控制系统的软件进行了设计与调试,包括驱动控制程序、USB固件程序以及Labview上位机程序。其中控制程序的设计采用基于模型的设计方法,在Simulink中使用TI的DSP的一些外围模块进行算法模型的设计。USB固件程序设计主要实现了对数据的输入输出通道、传送字节数以及使用时钟的配置。上位机程序的设计是在Labview环境下,使用VISA函数实现的,主要介绍了USB数据的读取和写入程序。最后对硬件、软件系统进行了调试,获得了满意的结果,由此相互印证了硬件设计以及软件设计的正确性。
【关键词】：永磁同步电机 直接转矩控制 电压矢量 仿真 设计
【学位授予单位】：天津科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 前言9-14
• 1.1 本课题研究背景与意义9-10
• 1.2 永磁同步电机控制策略10-11
• 1.2.1 永磁同步电机VVVF控制10
• 1.2.2 永磁同步电机矢量控制10-11
• 1.2.3 永磁同步电机直接转矩控制11
• 1.3 永磁同步电机直接转矩控制国内外研究现状11-13
• 1.4 本文主要研究内容13-14
• 2 永磁同步电机数学模型分析14-32
• 2.1 永磁同步电机的结构和物理模型14-16
• 2.2 面装式三相永磁同步电动机矢量方程16-21
• 2.2.1 定子磁链和电压矢量方程16-20
• 2.2.2 电磁转矩矢量方程20-21
• 2.3 坐标变换21-22
• 2.3.1 ABC三相静止坐标系到αβ两相静止坐标系变换21-22
• 2.3.2 α-β两相静止坐标系到d-q两相旋转坐标系变换22
• 2.4 永磁同步电机在dq坐标系中的数学模型22-24
• 2.5 电压空间矢量24-25
• 2.6 永磁同步电机直接转矩控制系统原理分析25-31
• 2.6.1 永磁同步电机转矩生成与控制25-28
• 2.6.2 电压矢量选取原则以及零电压矢量的作用28-30
• 2.6.3 磁链和转矩估计30-31
• 2.7 本章小结31-32
• 3 永磁同步电机直接转矩控制建模及分析32-40
• 3.1 永磁同步电机直接转矩控制系统建模32
• 3.2 仿真模块介绍32-36
• 3.2.1 电压电流3/2坐标变换模块32-33
• 3.2.2 定子磁链和转矩估算模块33-34
• 3.2.3 滞环比较模块34
• 3.2.4 磁链位置估算与扇区判断模块34-35
• 3.2.5 电压矢量选择与PWM生成模块35-36
• 3.3 PMSM DTC系统仿真结果分析36-39
• 3.4 本章小结39-40
• 4 永磁同步电机直接转矩控制系统硬件设计40-47
• 4.1 PMSM DTC系统的硬件系统构成40-45
• 4.1.1 功率主电路设计41-42
• 4.1.2 驱动电路设计42
• 4.1.3 电压电流检测电路设计42-43
• 4.1.4 过压过流保护电路43-44
• 4.1.5 电机速度和位置检测电路设计44-45
• 4.2 USB通讯接口设计45-46
• 4.2.1 USB的特点45
• 4.2.2 USB硬件接口电路设计45-46
• 4.3 本章小结46-47
• 5 永磁同步电机直接转矩控制系统软件设计47-66
• 5.1 系统控制软件开发47-59
• 5.1.1 基于模型的软件开发介绍47-49
• 5.1.2 控制软件主程序设计49-51
• 5.1.3 中断服务子程序51-58
• 5.1.4 USB固件程序编写58-59
• 5.2 上位机程序设计59-62
• 5.2.1 Labview软件介绍59-60
• 5.2.2 Labview上位机指令传送程序设计60-61
• 5.2.3 L-view上位机读取数据程序设计61-62
• 5.3 系统运行测试结果62-65
• 5.4 本章小结65-66
• 6 总结66-67
• 7 展望67-68
• 8 参考文献68-76
• 9 致谢76

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 朱海云;;同步电机的调频同步启动[J];中国设备工程;2007年04期

2 许峻峰;张朝阳;冯江华;王志民;伍理勋;郭淑英;;电动公交车用永磁同步电机实验研究[J];大功率变流技术;2008年06期

3 ;贝加莱隆重推出8LT系列三相同步电机[J];自动化仪表;2008年07期

4 ;贝加莱推出8LT系列三相同步电机[J];电机与控制应用;2008年07期

5 薛薇;郭彦岭;陈增强;;永磁同步电机的混沌分析及其电路实现[J];物理学报;2009年12期

6 李岩;;对《降低同步电机总装下线率》成果的评价[J];中国质量;2009年11期

7 唐丽婵;齐亮;;永磁同步电机的应用现状与发展趋势[J];装备机械;2011年01期

8 岳明;;永磁同步电机的快速启动方案设计[J];电子测量技术;2011年04期

9 董磊;马文忠;胡慧慧;;同步电机并网发电实验装置的开发[J];实验科学与技术;2012年04期

10 陆华才;;永磁同步电机无位置传感器控制介绍[J];电机技术;2012年06期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 黄明星;叶云岳;范承志;;复合永磁同步电机的设计与分析[A];2006年全国直线电机学术年会论文集[C];2006年

2 刘贤兴;霍群海;;优化的永磁同步电机滑模变结构控制仿真[A];2006中国电工技术学会电力电子学会第十届学术年会论文摘要集[C];2006年

3 张瑜;路尚书;李崇坚;赵晓坦;李凡;段巍;安虹;雷鸣;;三电平同步电机转子磁场定向控制系统介绍[A];中国计量协会冶金分会2008年会论文集[C];2008年

4 张瑜;路尚书;李崇坚;赵晓坦;李凡;段巍;安虹;雷鸣;;三电平同步电机转子磁场定向控制系统介绍[A];2008全国第十三届自动化应用技术学术交流会论文集[C];2008年

5 王本振;柴凤;程树康;;径向和切向结构永磁同步电机的性能研究[A];第十三届中国小电机技术研讨会论文集[C];2008年

6 尹忠刚;钟彦儒;张瑞峰;曹钰;;永磁同步电机无速度传感器新颖控制策略综述[A];第三届数控机床与自动化技术专家论坛论文集[C];2012年

7 孙永海;刘建明;高建民;;一起同步电机不能拖动负载的故障探讨[A];鲁冀晋琼粤川辽七省金属（冶金）学会第十九届矿山学术交流会论文集（机械电气卷）[C];2012年

8 王丽梅;;电动汽车永磁同步电机控制器硬件设计[A];西南汽车信息：2011年上半年合刊[C];2011年

9 龙晓军;于双和;杨振强;杜佳璐;;基于自抗扰技术的永磁同步电机调速方法[A];2011年中国智能自动化学术会议论文集（第一分册）[C];2011年

10 朱洪成;谢宝昌;;独立变桨永磁同步电机设计[A];第十八届中国小电机技术研讨会论文集[C];2013年

中国重要报纸全文数据库 前4条

1 张永法;F2TP永磁同步电机掀起节能革命[N];中国纺织报;2007年

2 罗晖;尤尼康欲领航国产高端变频器市场[N];科技日报;2008年

3 世淮;变频器发展趋势浅析[N];中国电力报;2006年

4 杨雄飞;轧机高效传动技术[N];世界金属导报;2012年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 孙静;混合动力电动汽车驱动系统优化控制策略研究[D];山东大学;2015年

2 邱鑫;电动汽车用永磁同步电机驱动系统若干关键技术研究[D];南京航空航天大学;2014年

3 唐校;基于60°坐标系SVPWM的永磁同步电机高效率直接转矩控制研究[D];华南理工大学;2015年

4 陈星;车用机电复合传动系统机电耦合非线性振动研究[D];北京理工大学;2015年

5 曹海川;电感集成式高速无槽永磁同步电机的研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

6 牛里;基于参数辨识的高性能永磁同步电机控制策略研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

7 杨晓辉;数控机床中永磁同步电机非线性混沌同步控制算法的研究[D];南昌大学;2015年

8 李玉猛;五相双转子永磁同步电机设计及其电磁特性研究[D];北京理工大学;2015年

9 张虎;基于永磁同步电机的电动助力转向系统力矩控制算法研究[D];吉林大学;2015年

10 贾广隆;复合转子定子电励磁无刷同步电机设计与分析[D];沈阳工业大学;2016年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 郭彦岭;永磁同步电机的混沌控制研究[D];天津科技大学;2010年

2 陶泽昊;基于磁通观测器的永磁同步电机速度跟踪控制策略研究[D];燕山大学;2015年

3 田永新;车用永磁同步电机驱动控制系统研究与设计[D];天津理工大学;2015年

4 焦山旺;具有容错能力的永磁电机矢量控制系统的研究[D];江南大学;2015年

5 成传柏;内置式永磁同步电机模糊PI弱磁算法研究[D];湖南工业大学;2015年

6 石敏;永磁同步电机高性能弱磁控制策略的研究[D];湖南工业大学;2015年

7 张仕聪;永磁同步电机驱动平面欠驱动2R机械臂的非线性动力特性研究[D];西南交通大学;2015年

8 樊小利;永磁同步电机模型预测控制的研究与实现[D];西南交通大学;2015年

9 杜翔宇;电动汽车用永磁同步电机仿真及其控制策略研究[D];上海交通大学;2015年

10 王静雅;永磁同步电机直接转矩控制技术研究[D];辽宁工业大学;2016年

，

本文编号：1091631