基于FPGA的PMSM矢量控制系统的研究与实现
发布时间：2021-09-05 09:40
永磁电机广泛应用于自动化,消费电子,医疗和实验室设备以及汽车等领域。近年来,电子自动化已经对工业运动系统复杂紧凑的高性能控制架构的发展产生重大影响,这对于永磁同步电机市场来说是一项重要的贡献。现场可编程门阵列（FPGA）因其具有高效灵活的可编程能力,被认为是最有前途的解决方案。FPGA已经成功应用于许多领域,如图像识别、人工智能以及智能控制领域等。本论文旨在以实现高精度永磁同步电机控制系统为目标,围绕永磁同步电机原理、永磁同步电机转速电流延迟问题及控制系统PI参数的整定等对影响永磁同步电机控制精度的因素进行了深入的研究,然后设计了相应的软硬件,建立了基于FPGA的永磁同步电机转速电流双闭环控制的硬件验证平台。首先,本论文研究了永磁同步电机数学模型,并基于空间电压矢量控制原理对永磁同步电机的转速、电流双闭环核心算法部分的坐标系变换等部分进行了的公式推导。其次,为获得较好的动态性能,本文在探讨了基本粒子群算法原理及不足后,将改进的粒子群算法应用于转速环PI参数的整定,并在Simulink环境中仿真中使用改进粒子群算法对PSMSM空间电压矢量控制转速环PI参数进行整定。通过数据对比,验证了改...
【文章来源】：东北石油大学黑龙江省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三相PMSM的转子结构
2 0.0206 0.1013使用表 3-3 中两组控制参数重新验证仿真，电机启动，稳定运行在 100rad/s 后在第 3s 时刻给定转速 500rad/s，并在第 5s 时刻给定转速-500rad/s，给出两组仿真波形如图 3-5 所示：图 3-5 不同 PI 参数的实际速度响应曲线(左 1、右 2)两组 PI 控制参数下 3s 时刻给定转速 500rad/s 时的三相相电压波形图如下图 3-6 所示：
图 3-7 不同 PI 控制参数下的三相电流波形图(左 1、右 2)从图 3-5 转速响应曲线来看，两组 PI 参数下在 3s 时刻给定转速 500rad/s 时以及 6s时刻电机由正转迅速反转，其转速响应曲线收敛速度快，均无超调，均取得了非常好的动态性能。从图 3-6 和图 3-7 电压电流响应曲线来看，3s 突变时，三相电压电流对称性好，均能迅速过度，没有出现震荡，输出电压基波幅值约为 36.12V。由以上结论可知，两组 PI 参数均有非常好的动态性能表现，但从图 3-6 和图 3-7 对比来看，第一组 3s 时刻转速跃变时 C 相电压电流震荡更小，性能更为优异。3.3 本章小结本章首先使用多峰值函数和单峰值评价函数验证了改进例子群算法，然后在Simulink 中建立了永磁同步电机转速电流双闭环矢量控制系统仿真模型，并在此基础上使用 IATE 作为评价函数，用改进粒子群算法对转速环参数进行整定，并对整定结果进行了分析，实验表明，使用改进粒子群算法对转速环进行整定，较传统整定方法，收敛迅速，取得了非常好的效果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]永磁同步电机闭环控制系统数字PI参数整定[J]. 刘景林,公超,韩泽秀,王晓梅. 电机与控制学报. 2018(04)
[2]永磁同步电机在线参数辨识方法研究[J]. 石建飞,戈宝军,吕艳玲,韩继超. 电机与控制学报. 2018(03)
[3]永磁同步电机新型转矩自适应控制[J]. 郑晓明,米增强,魏明磊,李晓龙,孙辰军. 华北电力大学学报(自然科学版). 2017(06)
[4]基于自然选择的改进粒子群优化MPPT算法[J]. 徐岩,梁大为,李春来,杨立滨. 电气应用. 2016(16)
[5]内插式永磁同步电机转子初始位置估计[J]. 朱元,张元鹏,楼震炎,吴志红,陆科. 机电一体化. 2015(09)
[6]基于自适应搜索中心的骨干粒子群算法[J]. 王东风,孟丽,赵文杰. 计算机学报. 2016(12)
[7]永磁同步电机变论域自适应模糊PID控制[J]. 崔家瑞,李擎,张波,刘广一. 中国电机工程学报. 2013(S1)
[8]高斯粒子群优化粒子滤波检测前跟踪算法[J]. 汲清波,耿丽群,任超. 计算机工程与应用. 2014(17)
[9]插入式永磁低速同步电机非奇异终端滑模观测器设计[J]. 袁雷,沈建清,肖飞,陈明亮. 物理学报. 2013(03)
[10]永磁同步电机新型滑模观测器无传感器矢量控制调速系统[J]. 鲁文其,胡育文,杜栩杨,黄文新. 中国电机工程学报. 2010(33)
博士论文
[1]粒子群优化算法研究及其应用[D]. 王维博.西南交通大学 2012
[2]基于高频信号注入的永磁同步电动机无位置传感器控制[D]. 王丽梅.沈阳工业大学 2005
本文编号：3385110
【文章来源】：东北石油大学黑龙江省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三相PMSM的转子结构
2 0.0206 0.1013使用表 3-3 中两组控制参数重新验证仿真，电机启动，稳定运行在 100rad/s 后在第 3s 时刻给定转速 500rad/s，并在第 5s 时刻给定转速-500rad/s，给出两组仿真波形如图 3-5 所示：图 3-5 不同 PI 参数的实际速度响应曲线(左 1、右 2)两组 PI 控制参数下 3s 时刻给定转速 500rad/s 时的三相相电压波形图如下图 3-6 所示：
图 3-7 不同 PI 控制参数下的三相电流波形图(左 1、右 2)从图 3-5 转速响应曲线来看，两组 PI 参数下在 3s 时刻给定转速 500rad/s 时以及 6s时刻电机由正转迅速反转，其转速响应曲线收敛速度快，均无超调，均取得了非常好的动态性能。从图 3-6 和图 3-7 电压电流响应曲线来看，3s 突变时，三相电压电流对称性好，均能迅速过度，没有出现震荡，输出电压基波幅值约为 36.12V。由以上结论可知，两组 PI 参数均有非常好的动态性能表现，但从图 3-6 和图 3-7 对比来看，第一组 3s 时刻转速跃变时 C 相电压电流震荡更小，性能更为优异。3.3 本章小结本章首先使用多峰值函数和单峰值评价函数验证了改进例子群算法，然后在Simulink 中建立了永磁同步电机转速电流双闭环矢量控制系统仿真模型，并在此基础上使用 IATE 作为评价函数，用改进粒子群算法对转速环参数进行整定，并对整定结果进行了分析，实验表明，使用改进粒子群算法对转速环进行整定，较传统整定方法，收敛迅速，取得了非常好的效果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]永磁同步电机闭环控制系统数字PI参数整定[J]. 刘景林,公超,韩泽秀,王晓梅. 电机与控制学报. 2018(04)
[2]永磁同步电机在线参数辨识方法研究[J]. 石建飞,戈宝军,吕艳玲,韩继超. 电机与控制学报. 2018(03)
[3]永磁同步电机新型转矩自适应控制[J]. 郑晓明,米增强,魏明磊,李晓龙,孙辰军. 华北电力大学学报(自然科学版). 2017(06)
[4]基于自然选择的改进粒子群优化MPPT算法[J]. 徐岩,梁大为,李春来,杨立滨. 电气应用. 2016(16)
[5]内插式永磁同步电机转子初始位置估计[J]. 朱元,张元鹏,楼震炎,吴志红,陆科. 机电一体化. 2015(09)
[6]基于自适应搜索中心的骨干粒子群算法[J]. 王东风,孟丽,赵文杰. 计算机学报. 2016(12)
[7]永磁同步电机变论域自适应模糊PID控制[J]. 崔家瑞,李擎,张波,刘广一. 中国电机工程学报. 2013(S1)
[8]高斯粒子群优化粒子滤波检测前跟踪算法[J]. 汲清波,耿丽群,任超. 计算机工程与应用. 2014(17)
[9]插入式永磁低速同步电机非奇异终端滑模观测器设计[J]. 袁雷,沈建清,肖飞,陈明亮. 物理学报. 2013(03)
[10]永磁同步电机新型滑模观测器无传感器矢量控制调速系统[J]. 鲁文其,胡育文,杜栩杨,黄文新. 中国电机工程学报. 2010(33)
博士论文
[1]粒子群优化算法研究及其应用[D]. 王维博.西南交通大学 2012
[2]基于高频信号注入的永磁同步电动机无位置传感器控制[D]. 王丽梅.沈阳工业大学 2005
本文编号：3385110
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