永磁同步电机驱动系统硬件在环半实物仿真平台研究

发布时间：2017-06-14 21:03

  本文关键词：永磁同步电机驱动系统硬件在环半实物仿真平台研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：永磁同步电机具有其体积小、重量轻、效率高等优点,被广泛应用在包括轨道交通在内的许多领域。永磁同步电机控制通常采用磁场定向控制,而电流调节器是磁场定向控制的重要组成部分,其设计的好坏直接影响电流控制效果。通常情况下,设计人员通过离线仿真完成永磁同步电机的控制器设计和测试等工作,然而离线仿真存在无法对控制软件实时调整、仿真时钟和实际时钟不相同、仿真时间过长等缺陷。而硬件在环(HIL)和快速控制原型(RCP),可以有效弥补这些缺陷。其中硬件在环仿真,采用实时的数学模型来模拟被控对象,并与真实的控制器相连接,进行系统的实时仿真,可以降低研发成本并且缩短开发周期。相比实物实验,硬件在环仿真可进行重复实验和极端条件故障条件下的实验,更加方便快捷而且安全可靠；相比离线仿真,则能够实时调整控制软件,实时性更强。本文主要完成如下工作：(1)对永磁同步电机驱动系统,包括永磁同步电机、旋转变压器、三相不控整流桥、逆变器,分别建立了数学模型。采用数值微分法对模型进行了数值化求解,并且分析了其误差和稳定性,与其他的数值计算方法进行了比较。(2)在同步旋转坐标系下,建立永磁同步电机单输入单输出的复矢量数学模型。根据此模型,绘制普通PI电流调节器,前馈解耦PI电流调节器和同步旋转坐标系复矢量PI电流调节器的闭环零极点随转速变化的图像,分别分析了它们的缺点和优点。也针对参数辨识不准确的情况,分析了后两者的控制效果。通过离线仿真,验证了前馈解耦PI电流调节器和同步旋转坐标系复矢量PI电流调节器的有效性。(3)介绍了永磁同步电机驱动系统半实物仿真平台的组成,从硬件和软件方面说明了各部分的作用。采用dSPACE实时仿真系统作为半实物仿真平台的实时仿真器,其配套的CPU+FPGA核心构架能够实时快速的进行模型计算和数据采集,配套的软件方便开发者快速地完成模型搭建和硬件资源配置。实际控制器采用DSP控制板,并与上位机通过CAN进行通信。(4)通过和实物实验平台对比的方式,验证永磁同步电气驱动系统硬件在回路仿真平台的可信性。在永磁同步电机驱动系统硬件在回路仿真平台上,对两改进型电流调节器进行实验验证,证明两者有效性。
【关键词】：永磁同步电机 数值方法 电流调节器 dSPACE 硬件在回路 实时仿真
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 引言10-18
• 1.1 课题背景和意义10-12
• 1.2 实时仿真技术的发展及应用12-14
• 1.3 电流调节器的发展14-15
• 1.4 研究内容15-18
• 2 永磁同步电机驱动系统的仿真建模18-38
• 2.1 永磁电机驱动控制系统构成18
• 2.2 永磁同步电机dq轴数学模型18-21
• 2.3 旋转变压器的数学模型21-23
• 2.4 逆变器数学模型23-26
• 2.5 三相不控整流桥模型26-29
• 2.6 模型的数值化求解29-38
• 2.6.1 常微分方程初值问题数值解法29-30
• 2.6.2 数值微分法30-32
• 2.6.3 数值积分法32-33
• 2.6.4 两种方法的比较33-36
• 2.6.5 其他常用的方法36-38
• 3 电流调节器的设计38-54
• 3.1 永磁同步电机磁场定向控制38-39
• 3.2 永磁同步电机复矢量数学模型39-40
• 3.3 普通PI调节器40-43
• 3.4 前馈解耦PI电流调节器43-45
• 3.5 同步旋转坐标系复矢量PI电流调节器45-52
• 3.6 本章小结52-54
• 4 永磁同步电机驱动系统半实物仿真平台54-72
• 4.1 仿真平台架构54-55
• 4.2 实时仿真器硬件系统55-58
• 4.2.1 DS100655-57
• 4.2.2 DS520357-58
• 4.3 实时仿真器软件系统58-60
• 4.3.1 DS1006 GNU编译器58-59
• 4.3.2 RTI59
• 4.3.3 ControlDesk59-60
• 4.4 ISE60-64
• 4.4.1 搭建FPGA模型61-62
• 4.4.2 标幺化62-63
• 4.4.3 离线仿真63
• 4.4.4 时序分析63-64
• 4.5 控制器64-70
• 4.5.1 AD采样电路65
• 4.5.2 PWM驱动控制电路65-66
• 4.5.3 旋变信号检测电路66-68
• 4.5.4 CAN总线电路68
• 4.5.5 上位机界面68-70
• 4.6 本章小结70-72
• 5 仿真平台验证和电流调节器实验72-84
• 5.1 实物实验平台72-73
• 5.2 验证实验73-79
• 5.2.1 发电实验73-76
• 5.2.2 电动实验76-79
• 5.3 电流调节器动态性能实验79-84
• 5.3.1 不同转速下两改进型电流调节器的实验比较79-82
• 5.3.2 参数辨识不准确同步旋转坐标系复矢量PI电流调节器的实验82-84
• 6 结论84-86
• 参考文献86-90
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果90-94
• 学位论文数据集94

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8 李q，

本文编号：450498