异步电机矢量控制系统设计及其PI控制器参数优化研究

发布时间：2017-03-22 17:38

  本文关键词：异步电机矢量控制系统设计及其PI控制器参数优化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 近年来,电力电子技术、微处理器技术的发展以及交流电机矢量控制理论的出现,极大的促进了交流电机控制技术的发展,交流调速取代直流调速,计算机数字控制取代模拟控制己成为发展趋势。本文对三相交流异步电机矢量控制系统进行了研究和分析,以高性能数字信号处理器TMS320LF2407A为硬件平台设计了三相交流异步电机矢量控制系统,并通过对三相交流异步电机矢量控制系统电压解耦模型的分析,将一种改进的粒子群算法用于矢量控制系统的PI控制器参数整定。 本文研究内容可分为三部分: 首先,介绍了交流调速及其相关技术的发展概况及优化算法在交流调速系统中的应用情况,详细分析和阐述了异步电机的数学模型。通过对异步电机的动态电磁关系的分析以及坐标变换原理的介绍,建立了异步电机在不同坐标系下的数学模型,并分析了采用SVPWM逆变器的转子磁场定向矢量控制系统的电压解耦模型,按照控制器参数工程设计方法,设计了矢量控制系统的PI调节器参数。 接着,介绍了粒子群算法的原理及现状,在标准粒子群算法的基础上,分析了惯性权重对不同粒子的影响,提出了一种基于适应度值的多惯性权重动态调整机制的粒子群算法,针对标准粒子群算法易陷入局部最优的特点,引入混沌扰动机制,利用混沌的遍历性、随机性来改善种群的多样性,并将该方法用于PID控制器参数整定,同时建立了异步电机转子磁场定向矢量控制系统的Simulink仿真模型,并将粒子群算法用于磁通调节器、转矩调节器、转速调节器的参数整定。然后,介绍了系统的硬件电路和相关控制程序设计,硬件部分主要包括主电路、控制电路、检测单元、保护电路、辅助电源等电路。软件部分主要由主程序、PWM中断服务程序、故障保护中断保护服务及软件抗干扰程序等组成,软件采用C和汇编语言编程,实现了异步电机转速和转矩双闭环矢量控制。 最后,对本文的工作进行了总结,并对今后的研究工作做出了分析与展望。
【关键词】：矢量控制 粒子群算法 PI控制器 TMS320LF2047A
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM343
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题研究背景及现状11-17
• 1.1.1 交流调速系统发展概况11-13
• 1.1.2 优化算法在交流调速系统中的应用现状13-14
• 1.1.3 进化算法发展概况14-15
• 1.1.4 电力电子器件发展概况15-16
• 1.1.5 数字信号处理器发展概况16-17
• 1.2 课题研究的主要内容17-19
• 第2章 基于转子磁场定向的矢量控制系统及调节器参数设计19-34
• 2.1 矢量控制基本原理19-20
• 2.2 坐标变换20-22
• 2.2.1 Clark 变换20-21
• 2.2.2 Park 变换21-22
• 2.3 异步电机的数学模型22-26
• 2.3.1 异步电机在静止坐标系下的数学模型22-24
• 2.3.2 异步电机在两相任意旋转坐标系下的数学模型24-26
• 2.3.3 异步电机在两相同步旋转坐标系下的数学模型26
• 2.4 转子磁链定向的矢量控制系统原理26-28
• 2.4.1 磁链方程27
• 2.4.2 电压方程27-28
• 2.4.3 转矩方程28
• 2.5 转子磁链定向的矢量控制系统调节器设计28-32
• 2.5.1 采用电压型逆变器的异步电机定子电压解耦方程28-29
• 2.5.2 采用电压逆变器的异步电机矢量控制系统传递函数29
• 2.5.3 磁通调节器设计29-31
• 2.5.4 转矩调节器设计31
• 2.5.5 转速调节器设计31-32
• 2.6 调节器参数设计的其他方法32-34
• 第3章 粒子群算法及改进研究34-48
• 3.1 粒子群算法原理34-36
• 3.2 粒子群算法常见改进方法36-38
• 3.3 一种改进的粒子群算法38-40
• 3.4 典型函数测试40-42
• 3.5 基于改进 PSO 的PID 参数整定方法42-48
• 3.5.1 一阶惯性大滞后系统43-45
• 3.5.2 非最小相位系统45-46
• 3.5.3 一阶惯性小滞后系统46-48
• 第4章 矢量控制系统PI 调节器PSO 优化及仿真48-57
• 4.1 仿真环境48-49
• 4.2 仿真模块图49-52
• 4.3 仿真及优化实现方法52-54
• 4.4 优化结果54-57
• 第5章 硬件设计57-67
• 5.1 系统总体方案57-58
• 5.2 检测部分58-60
• 5.2.1 电流检测电路58-59
• 5.2.2 转速检测电路59-60
• 5.3 功率变换60-64
• 5.3.1 整流和滤波及限流电路60-61
• 5.3.2 逆变电路61-63
• 5.3.3 保护电路63-64
• 5.4 控制部分64-66
• 5.4.1 电源电路64-65
• 5.4.2 复位和时钟电路65
• 5.4.3 JTAG 接口电路65-66
• 5.5 PCB 抗干扰设计66-67
• 第6章 软件设计67-74
• 6.1 系统主程序67-68
• 6.2 数字 PI 程序68-69
• 6.3 磁链观测程序69-70
• 6.4 PWM 中断服务程序70-72
• 6.4.1 电流采样子程序70-71
• 6.4.2 转速采样子程序71-72
• 6.5 A/D 中断服务程序72
• 6.6 捕获中断服务程序72-73
• 6.7 保护中断服务程序73
• 6.8 程序抗干扰设计73-74
• 结论与展望74-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-81
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文81

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 王秀莲;周光远;曹宏;;交流异步电机伺服系统设计与研究[J];沈阳理工大学学报;2013年01期

2 王宝忠;薛玮珑;许林军;;基于模糊PI的异步电机矢量控制系统仿真[J];现代电子技术;2011年07期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 汪万伟;能量回馈型双PWM调速系统及其负荷群的协调控制研究[D];华南理工大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 冯杏辉;基于CAN总线的嵌入式变频调速系统的研究与实现[D];东华大学;2011年

2 张恒;基于矢量控制方法的异步电机电主轴高速运行特性的研究[D];华南理工大学;2011年

3 李月棠;变频调速异步电机系统的动态分析与研究[D];武汉科技大学;2011年

4 王孝红;纯电动汽车交流电机控制器的仿真与设计[D];安徽大学;2011年

5 关硕;工程车辆传动系加载试验台研制[D];哈尔滨工业大学;2010年

6 李伟亮;基于FPGA的永磁同步电机伺服控制系统研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

7 李鸿儒;大规模双馈型风电并网稳定性仿真研究[D];西南交通大学;2012年

8 董欣;汽车手动变速器测试试验台加载控制系统的设计与研究[D];武汉理工大学;2012年

9 刘家鑫;电力牵引传动系统仿真研究[D];大连交通大学;2012年

10 吴启鹏;带式输送机系统硬件在环仿真实验平台设计[D];合肥工业大学;2012年

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本文编号：261969