永磁同步电机驱动系统的硬件在环半实物仿真平台研究

发布时间：2019-12-02 23:49

【摘要】：随着电力电子技术、计算机技术和电机控制理论不断发展,永磁同步电机因为其体积小、重量轻、可靠性好、效率高等特点,被广泛应用于风力发电、电动汽车、电力船舶推进和航天航空等领域。在设计早期阶段,常用离线仿真来完成永磁同步电机的设计和测试工作。但是离线仿真的缺点是,其结果不能对控制器软件的实时参量进行评价,同时由于存在开关元器件的原因,系统的仿真时间过长。而半实物仿真技术,如硬件在环(HIL)和快速控制原型(RCP),可以解决这些问题。HIL半实物仿真,用实时的数学模型来模拟被控对象,并与真实的控制器连接,进行整个系统的实时仿真测试,可以降低研发成本,缩短系统开发周期,并且实验可重复性好,可进行极端或故障条件下的实验。随着电机技术的提升,基于有限元分析的仿真软件已成为电机设计和开发的必要工具。与传统的永磁同步电机d-q数学模型相比, JMAG有限元分析模型能够更好地模拟电机磁路的非线性特点,其结果更加精确。首先,介绍了永磁同步电机的基本结构,建立了静止三相坐标系和d-q坐标系下永磁同步电机的数学模型,分析了目前常用的永磁同步电机矢量控制的不同方法,并详细阐述了id=0矢量控制策略的原理框图和各组成部分的实现方法。其次,介绍了有限元分析方法的理论基础；基于JMAG软件,建立了永磁同步电机的有限元模型；有限元模型求解分析后,导出RTT文件,在Simulink中建立了永磁同步电机的JMAG-RT模型。再次,设计了永磁同步电机驱动系统硬件在环半实物仿真平台的组成结构,包括RT-LAB实时仿真模型和DSP电机控制器。其中,实时仿真模型包括永磁同步电机JMAG-RT模型、带时间戳的三相逆变桥和增量式编码器实时模型。DSP电机控制器的设计过程,包括硬件部分和软件部分。最后,本文进行了永磁同步电机驱动系统硬件在环半实物仿真平台的实验验证。在Simulink中进行离线仿真,验证了id=0的矢量控制方案；对离线模型进行编辑和调试后,完成了HIL半实物平台的实时仿真；搭建了永磁同步电机驱动系统的全实物实验平台,通过对比全实物实验和HIL半实物仿真的结果,验证了所建立的永磁电机HIL半实物平台具有较高的准确度。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM341

【参考文献】

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