三电平逆变器无位置传感器永磁同步电机直接转矩控制研究

发布时间：2017-07-19 10:08

  本文关键词：三电平逆变器无位置传感器永磁同步电机直接转矩控制研究

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【摘要】：基于多电平逆变器的高压大容量交流调速技术是近年来电力拖动领域的一大研究热点。同时永磁同步电机以体积小、惯性低、效率高等优点,广泛应用于风机、铁路及航空航天等调速领域。相对于矢量控制,直接转矩控制以其结构简单、响应速度快、对电机参数鲁棒性强而得到极大关注,但传统直接转矩控制系统中存在转矩脉动大、定子电压和电流谐波含量高以及开关频率不固定等缺点。本文以永磁同步电机控制系统为研究对象,用二极管钳位型三电平逆变器为电机供电。在建立了电机数学模型,掌握了直接转矩控制策略的基本原理和实现方法的基础上,首先分析了三电平逆变电路的结构及工作原理。以降低转矩和磁链脉动为目的,详细论述了基于预期电压空间矢量的直接转矩控制策略,其中针对中点电压不平衡问题,采用以负小矢量为首发的中心对称七段式调制法。随后在Matlab/Simulink中对三电平逆变器空间矢量调制算法进行了仿真分析,并与两电平进行比较,验证了算法的正确性及三电平逆变器的优越性。为了克服使用机械式传感器给传动系统带来的成本增加和可靠性差等问题,本文采用基于滑模观测器的无位置传感器控制技术,以饱和函数代替传统的符号函数,实现对电机转子位置和转速的观测。本文在三电平逆变器与直接转矩控制理论的基础上,结合无位置传感器技术,对永磁同步电机闭环控制系统进行了仿真研究,初步验证了控制策略的可行性。最后设计并搭建了三电平逆变器交流调速实验平台,以TMS320F2812为控制核心编写软件程序,对三电平逆变器永磁同步电动机直接转矩控制系统进行了相关实验,实验结果和理论分析及仿真结果一致,证明该控制方案切实可行。
【关键词】：永磁同步电机 直接转矩控制 三电平逆变器 预期电压空间矢量调制 滑模观测器
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM341;TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题背景及意义10-11
• 1.2 直接转矩控制概述11-13
• 1.2.1 直接转矩控制的发展与应用11-12
• 1.2.2 直接转矩控制特点与存在问题12-13
• 1.3 多电平逆变器13-17
• 1.3.1 多电平逆变器结构13-15
• 1.3.2 多电平调制技术15-17
• 1.4 无位置传感器控制技术17-18
• 1.5 本文研究的主要内容18-20
• 第2章 永磁同步电机直接转矩控制原理20-30
• 2.1 引言20
• 2.2 永磁同步电机结构20-21
• 2.3 面装式永磁同步电机数学模型21-26
• 2.3.1 三相坐标系下的数学模型21-24
• 2.3.2 两相静止坐标系下的数学模型24-25
• 2.3.3 同步旋转坐标系下的数学模型25-26
• 2.4 永磁同步电机直接转矩控制26-29
• 2.4.1 直接转矩控制基本原理26
• 2.4.2 磁链和转矩估计26-27
• 2.4.3 直接转矩控制的实现27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 三电平逆变器及其空间矢量调制30-43
• 3.1 引言30
• 3.2 三电平逆变器基本原理30-32
• 3.3 空间矢量调制算法32-39
• 3.3.1 三电平逆变器电压重构32-34
• 3.3.2 预期参考电压矢量的确定34-35
• 3.3.3 SVPWM算法实现35-39
• 3.4 仿真与分析39-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 基于滑模观测器的无位置传感器技术及系统仿真43-57
• 4.1 引言43
• 4.2 滑模变结构控制原理43-45
• 4.3 三电平逆变器无位置传感器永磁同步电机直接转矩控制系统45-49
• 4.3.1 永磁同步电机滑模观测器设计45-49
• 4.3.2 基于滑模观测器的三电平永磁同步电机直接转矩控制策略49
• 4.4 系统仿真49-56
• 4.4.1 负载突变53-54
• 4.4.2 转速响应54-55
• 4.4.3 位置与转速观测55-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第5章 实验平台设计及实验结果分析57-70
• 5.1 引言57
• 5.2 系统硬件电路设计57-61
• 5.2.1 主电路设计57-59
• 5.2.2 驱动电路设计59
• 5.2.3 采样保护电路设计59-61
• 5.2.4 QEP电路设计61
• 5.3 系统软件设计61-63
• 5.3.1 控制芯片61-62
• 5.3.2 程序设计62-63
• 5.4 实验平台及实验波形分析63-69
• 5.4.1 实验平台63-64
• 5.4.2 实验波形及分析64-69
• 5.5 本章小结69-70
• 结论70-72
• 参考文献72-77
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果77-78
• 致谢78-79
• 作者简介79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 刘述喜;王明渝;;基于快速空间矢量调制算法的三电平直接转矩预测控制系统[J];电工技术学报;2009年02期

2 刘忠举;梁宝明;陈嘉福;;基于改进型积分器的矢量控制系统研究[J];电力电子技术;2010年02期

3 高键;姜星星;;基于SVM的永磁同步电机直接转矩控制的仿真研究[J];科学技术与工程;2013年01期

4 康劲松,陶生桂;三电平逆变器系统直接转矩复式控制[J];同济大学学报(自然科学版);2005年03期

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本文编号：562306