永磁同步电机控制方法研究与测试系统实现

发布时间：2020-05-23 23:46

【摘要】：随着航空航天技术的飞速发展,我国经过半个多世纪的投入与无数科研工作者的努力拼搏,我国在航天领域取得了一项又一项里程碑式的发展成就,如今可以说我国已经处在航天领域前列。对于航天器而言,其携带的能源是非常有限的,远远不能供给其在太空各种各样行为的耗能,在这种情况下,太阳能帆板的是否正常驱动直接影响着一次发送的成败。而以当前的科技,一旦航天器在轨道出现问题尤其是帆板驱动这样的问题几乎是毁灭性的,因此需要在地面对其做充足的测试工作,尤其是其常用驱动设备,即永磁同步电机的测试,以减少可能对航天事业造成的巨大损失。在以上背景下,本课题,即永磁同步电机控制方法研究与测试系统实现显得十分必要,主要目的在于研究一种用于永磁同步电机方位轴和俯仰轴的控制方法,并实现一套对应的测试系统对电机的功能和性能特性进行测试。论文对永磁同步电机的控制方法研究与测试系统实现进行了详细的阐述。针对两个轴的永磁同步电机设计的控制方法为联合PID控制策略与矢量控制算法的控制策略,使用d轴分量为零的解耦控制,并使用空间矢量脉宽调制计算PWM模块输出方波的占空比,进而控制三相电压,从而能够平滑的控制电机转动。本测试系统提供了丰富实用的功能模块,其中驱动控制包括方位轴、俯仰轴电机的闭环位置控制,闭环速度控制,开环电压或电流控制;信息采集显示模块包括二次电源各项参数的显示,电机运动信息以及电机运动状态的展示,便于用户查看各项信息;测试功能模块提供了诸如累加运动,阶跃运动,正弦扫频运动,摩擦力矩测试等测试功能,方便测试人员测试电机的各项性能;还提供了锁和停靠,解锁和解停靠功能等。测试系统基于上下位机联合研制的方式,上位机采用NI公司的Labwindows开发工具研制了功能齐全与美观的操作与展示界面。核心控制部分由下位机实现,下位机基于TI公司的TMS320F28335嵌入式DSP芯片研制,在其中ADC转换模块,SCI通信以及PWM等模块的基础上实现了与上位机的数据帧通信,并实现了PID控制算法,id=0的永磁同步电机矢量控制算法和SVPWM空间矢量脉冲调制算法来具体控制方位轴和俯仰轴电机的驱动。经过将近一年的努力,历经多次调试与修改,本设备和系统已经研制完毕,各功能模块均已实现并能够正常工作。目前设备和系统已经通过了航天部门的测试和验收,并且使用情况良好。
【图文】：

控制原理图,恒压频比

1.3 课题相关领域研究现状随着当代微处理器技术，检测技术和电机控制技术等的发展，永磁同步电机的驱动控制研究也取得了很大进展，很多公司都研制出了面向电机控制的专用嵌入式处理器，即专用高速数字信号处理器，简称 DSP。现在，DSP/FPGA 等技术的发展为实现电机控制提供了新的方法与可行思路。根据目前技术的发展，永磁电机的控制主要有两大类控制方式：标量控制和矢量控制[12-14]。其中，标量控制，仅对变量的幅值进行控制，其通过调节电压控制磁通，通过调节频率或转差率控制转矩，典型有恒压频比控制，转差频率控制等；矢量控制通过对变量的大小和相位进行控制[15],包括直接转矩控制[16]等。(1)恒压频比控制恒压频比控制的基本出发点是控制磁通恒定，实现转矩控制[17]。为了达到保持或者近似磁通恒定的目的，这种方法在高运行频率时可以使得定子的电压和频率同步变化，反之则需要控制其电压下降的负面影响，对电压变化进行补偿。其原理图如图 1-1 所示。

框图,转差频率控制,原理框图

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文3）转速很低时，转矩显得不足。(2)转差频率控制转差频率控制就是通过各种方式获得出电机的转速，构成速度闭环，根据得转差频率，然后以当前速度对应的频率与转差频率之和作为参考频率，恒压频比控制的基础上，获取电机实际转速的电源频率，并根据目标转矩器进行调节，以获得目标转矩。此方法，需要在系统中安装传感器来获取通过位置间接获取速度，可以看出，此种控制方法适用于闭环，有良好的，尤其在速度急剧变化，，以及负载变化时[18]。其系统原理框图如图 1-2 所
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP273;TM341

【参考文献】