开关磁通永磁直线电机直接推力控制策略的研究
发布时间：2023-03-19 04:39
直线电机具有结构简单、响应速度快、控制精度高的优点,因此被广泛运用在工业生产、军事研究等领域;但由于其“零传动”的结构特点,以及自身存在的端部效应、齿槽效应等,会使电机产生磁链、推力以及速度的脉动,影响直线电机的高性能控制。本文以开关磁通永磁直线电机为研究对象,基于FPGA研究了其直接推力控制的策略。研究中,运用了高性能的FPGA主控芯片,从硬件电路与软件算法上对系统进行了优化设计,明显减小了直线电机定子磁链、电磁推力和定子电流的脉动,提高了系统的动态响应速度、控制精度,实现了开关磁通永磁直线电机高性能的控制。首先,本文阐述了永磁直线电机的研究背景、应用现状;基于直线电机控制系统所具有的快速响应、高精度的特点,介绍了本研究的目的与意义。在建立开关磁通永磁直线电机数学模型的基础上,基于直线电机直接推力控制算法,搭建了MATLAB/SIMULINK的仿真模型,并通过仿真结果验证了算法的可行性;运用反步的控制方法改进了直接推力算法,提高系统控制精度,为基于FPGA直接推力控制系统数字化设计打下了基础。其次,本文对直线电机硬件控制系统的原理图进行了设计。电机硬件系统由驱动电路以及控制电路组成。...
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
1.1 课题的研究背景
1.2 国内外的研究现状
1.3 课题的目的与意义
1.4 论文内容的安排
第二章 开关磁通永磁直线电机工作原理及其数学模型
2.1 开关磁通永磁直线电机的结构和工作原理
2.1.1 基本结构
2.1.2 基本工作原理
2.2 开关磁通永磁直线电机的特点
2.3 开关磁通永磁直线电机的数学模型
2.3.1 开关磁通永磁直线电机的物理模型
2.3.2 ABC坐标系下PMLSM的数学模型
2.3.3 坐标变换
2.3.4 d-q坐标系下PMLSM的数学模型
2.3.5 α-β坐标系下的PMLSM的数学模型
2.4 本章小结
第三章 开关磁通永磁直线电机直接推力控制系统及其Matlab仿真
3.1 开关磁通永磁直线电机直接推力控制算法
3.1.1 直接推力控制算法的思路
3.1.2 直接推力控制算法的基本原理
3.2 开关磁通永磁直线电机直接推力控制系统的设计
3.2.1 直线电机仿真模型的设计
3.2.2 逆变器设计
3.2.3 推力和磁链观测器设计
3.2.4 磁链位置确定模块设计
3.2.5 空间电压矢量开关表设计
3.3 开关磁通永磁直线电机直接推力控制系统的仿真
3.4 开关磁通直线电机基于反步方法的直接推力控制
3.4.1 基于反步方法的直接推力控制系统的设计
3.4.2 开关磁通直线电机基于反步方法的直接推力控制系统的仿真
3.5 本章小结
第四章 开关磁通永磁直线电机驱动控制系统硬件电路设计
4.1 系统硬件总体架构
4.2 FPGA控制电路
4.3 驱动电路的设计
4.3.1 主电路的设计
4.3.2 光耦隔离驱动电路的设计
4.3.3 保护电路的设计
4.3.4 驱动板PCB
4.4 控制电路的设计
4.4.1 电压电流采样模块的设计
4.4.2 高精度多通道A/D转换模块的设计
4.4.3 光栅尺信号采集调理电路的设计
4.4.4 供电系统设计
4.4.5 控制板PCB
4.5 本章小结
第五章 基于FPGA的直接推力控制算法数字化设计
5.1 FPGA模块化设计的介绍
5.1.1 FPGA设计软件的介绍
5.1.2 FPGA的设计流程
5.1.3 FPGA直接推力控制系统软件框架
5.2 矢量坐标变化的Verilog实现
5.3 Cordic算法的Verilog实现
5.3.0 CORDIC算法的公式推导
5.3.1 Verilog实现正弦函数、余弦函数的计算
5.3.2 Verilog实现反正切函数的计算
5.4 相电流相电压测量的Verilog实现
5.5 速度测量的Verilog实现
5.5.1 滤波模块的设计
5.5.2 细分辨向模块的设计
5.5.3 计数器模块的设计
5.5.4 光栅尺软件与硬件的细分速度的对比
5.6 推力以及磁链的计算模块
5.6.1 磁链的计算模块
5.6.2 电磁推力的计算模块
5.7 PWM开关信号的Verilog实现
5.7.1 扇区判断模块
5.7.2 滞环比较模块
5.7.3 开关表选择模块
5.7.4 死区时间模块
5.8 数字PI控制器的Verilog实现
5.9 本章小结
第六章 系统性能测试结果与分析
6.1 实验平台介绍
6.2 硬件电路的测试
6.2.1 三相电压与三相电流的电路测试
6.2.2 光栅尺速度信号的检测
6.3 PMLSM开环实验
6.4 PMLSM磁链跟踪实验
6.5 PMLSM调速实验
6.6 本章小结
第七章 总结与展望
参考文献
致谢
作者简介
本文编号：3764573
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
1.1 课题的研究背景
1.2 国内外的研究现状
1.3 课题的目的与意义
1.4 论文内容的安排
第二章 开关磁通永磁直线电机工作原理及其数学模型
2.1 开关磁通永磁直线电机的结构和工作原理
2.1.1 基本结构
2.1.2 基本工作原理
2.2 开关磁通永磁直线电机的特点
2.3 开关磁通永磁直线电机的数学模型
2.3.1 开关磁通永磁直线电机的物理模型
2.3.2 ABC坐标系下PMLSM的数学模型
2.3.3 坐标变换
2.3.4 d-q坐标系下PMLSM的数学模型
2.3.5 α-β坐标系下的PMLSM的数学模型
2.4 本章小结
第三章 开关磁通永磁直线电机直接推力控制系统及其Matlab仿真
3.1 开关磁通永磁直线电机直接推力控制算法
3.1.1 直接推力控制算法的思路
3.1.2 直接推力控制算法的基本原理
3.2 开关磁通永磁直线电机直接推力控制系统的设计
3.2.1 直线电机仿真模型的设计
3.2.2 逆变器设计
3.2.3 推力和磁链观测器设计
3.2.4 磁链位置确定模块设计
3.2.5 空间电压矢量开关表设计
3.3 开关磁通永磁直线电机直接推力控制系统的仿真
3.4 开关磁通直线电机基于反步方法的直接推力控制
3.4.1 基于反步方法的直接推力控制系统的设计
3.4.2 开关磁通直线电机基于反步方法的直接推力控制系统的仿真
3.5 本章小结
第四章 开关磁通永磁直线电机驱动控制系统硬件电路设计
4.1 系统硬件总体架构
4.2 FPGA控制电路
4.3 驱动电路的设计
4.3.1 主电路的设计
4.3.2 光耦隔离驱动电路的设计
4.3.3 保护电路的设计
4.3.4 驱动板PCB
4.4 控制电路的设计
4.4.1 电压电流采样模块的设计
4.4.2 高精度多通道A/D转换模块的设计
4.4.3 光栅尺信号采集调理电路的设计
4.4.4 供电系统设计
4.4.5 控制板PCB
4.5 本章小结
第五章 基于FPGA的直接推力控制算法数字化设计
5.1 FPGA模块化设计的介绍
5.1.1 FPGA设计软件的介绍
5.1.2 FPGA的设计流程
5.1.3 FPGA直接推力控制系统软件框架
5.2 矢量坐标变化的Verilog实现
5.3 Cordic算法的Verilog实现
5.3.0 CORDIC算法的公式推导
5.3.1 Verilog实现正弦函数、余弦函数的计算
5.3.2 Verilog实现反正切函数的计算
5.4 相电流相电压测量的Verilog实现
5.5 速度测量的Verilog实现
5.5.1 滤波模块的设计
5.5.2 细分辨向模块的设计
5.5.3 计数器模块的设计
5.5.4 光栅尺软件与硬件的细分速度的对比
5.6 推力以及磁链的计算模块
5.6.1 磁链的计算模块
5.6.2 电磁推力的计算模块
5.7 PWM开关信号的Verilog实现
5.7.1 扇区判断模块
5.7.2 滞环比较模块
5.7.3 开关表选择模块
5.7.4 死区时间模块
5.8 数字PI控制器的Verilog实现
5.9 本章小结
第六章 系统性能测试结果与分析
6.1 实验平台介绍
6.2 硬件电路的测试
6.2.1 三相电压与三相电流的电路测试
6.2.2 光栅尺速度信号的检测
6.3 PMLSM开环实验
6.4 PMLSM磁链跟踪实验
6.5 PMLSM调速实验
6.6 本章小结
第七章 总结与展望
参考文献
致谢
作者简介
本文编号：3764573
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