具有容错能力的永磁电机矢量控制系统的研究

发布时间：2017-09-10 15:32

  本文关键词：具有容错能力的永磁电机矢量控制系统的研究

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【摘要】：永磁同步电机调速系统与其它交流电机调速系统相比有很多优点。永磁同步电机自身的特点,使得采用矢量控制有很大的优势而得到广泛应用。采用矢量控制方法就需要实时检测电机的转速,而速度传感器在工业现场易受到周围环境的影响而发生故障。但是在一些特殊的场合,调速系统不允许突然停机,这就需要调速系统在速度传感器发生故障后仍然能够继续容错控制运行。因此,对速度传感器的故障诊断及容错处理就显得尤为重要。本文以表面式永磁同步电机为控制对象,首先建立了永磁同步电机在静止坐标系和dq坐标系下的数学模型,并在dq坐标系下的数学模型的基础上设计了永磁同步电机调速系统。并对空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)算法做了详细的介绍,对永磁同步电机常见控制策略做了充分研究后,本系统采用了矢量控制id=0的控制策略。针对一般趋近律滑模控制的缺点,重点介绍了基于滑模控制的速度控制器的设计过程,并搭建了调速系统的MATLAB仿真模型,在不同工况下分析了所设计的调速系统的性能。进行速度传感器故障检测,需要一个转速参考值,本文利用模型参考自适应算法进行转速估计。在MATLAB仿真软件中搭建了电机转速估计仿真模型。并通过仿真分析了在不同工况下的转速估计特性以及永磁同步电机无速度传感器调速系统运行性能,验证了转速估计算法的可行性。然后,重点研究了基于数据融合技术的永磁同步电机调速系统容错控制算法,实现了永磁同步电机电机在速度传感器故障后使调速系统在不停机的前提下平稳地将控制模式从带速度传感器的矢量控制切换到无速度传感器模式,提高了系统的可靠性。系统硬件以ARM微控制器STM32F103RBT6为主控芯片,搭建了低成本的试验样机系统,基本实现了速度传感器的容错控制。分析了系统设计中存在的不足,并提出了下一步的工作目标。
【关键词】：永磁同步电机 矢量控制 调速系统 模型参考自适应 容错控制
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-12
• 1.1 课题研究背景和意义7
• 1.2 课题的国内外研究现状7-10
• 1.2.1 永磁同步电机控制技术研究现状7-8
• 1.2.2 永磁同步电机无速度传感器控制技术研究现状8-9
• 1.2.3 容错控制技术研究现状9-10
• 1.3 本文研究的主要内容10-12
• 第二章 永磁同步电机矢量控制系统设计12-28
• 2.1 永磁同步电动机的数学模型12-14
• 2.1.1 PMSM在静止坐标系中的定子电压和磁链方程12-13
• 2.1.2 PMSM在旋转dq坐标系中的定子电压、磁链和转矩方程13-14
• 2.2 永磁同步电机矢量控制系统的设计14-21
• 2.2.1 电流控制器设计15-17
• 2.2.2 速度控制器设计17-19
• 2.2.3 负载转矩观测器设计19-21
• 2.3 SVPWM原理及实现21-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 永磁同步电机容错控制系统设计28-39
• 3.1 速度传感器故障检测方法28-31
• 3.1.1 速度传感器故障硬件检测方法28-30
• 3.1.2 速度传感器故障软件检测方法30-31
• 3.2 无速度传感器矢量控制31-36
• 3.2.1 模型参考自适应控制31-32
• 3.2.2 MRAS的参考模型与可调模型的设计32-33
• 3.2.3 永磁同步电机的自适应算法33-36
• 3.3 系统容错控制36-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 系统硬件电路设计39-48
• 4.1 硬件电路总体设计方案39-40
• 4.1.1 硬件电路总体结构39
• 4.1.2 微控制器选型39-40
• 4.2 整流滤波电路和预充电电路设计40-42
• 4.3 功率电路与驱动电路设计42-45
• 4.4 电流检测与保护电路设计45-46
• 4.5 电压检测与保护电路设计46-47
• 4.6 可靠性设计47
• 4.7 本章小结47-48
• 第五章 控制系统软件设计48-55
• 5.1 软件主程序设计48-50
• 5.1.1 转子初始定位程序设计48-49
• 5.1.2 转子初始位置定位流程图49-50
• 5.2 AD中断服务程序设计50
• 5.3 其他中断服务程序设计50-51
• 5.4 矢量控制系统关键技术的研究51-54
• 5.4.1 测速方法的研究51-52
• 5.4.2 采样时刻的确定52-54
• 5.5 本章小结54-55
• 第六章 系统仿真与实验55-66
• 6.1 调速系统仿真分析55-60
• 6.1.1 主要功能模块介绍55-57
• 6.1.2 仿真实验结果及其分析57-60
• 6.2 无速度传感器矢量控制系统仿真分析60-62
• 6.3 基于数据融合技术的容错控制系统仿真分析62-63
• 6.4 容错控制实验分析63-65
• 6.4.1 实验平台介绍63-65
• 6.4.2 实验结果65
• 6.5 本章小结65-66
• 总结与展望66-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-70
• 附录A：作者在攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果70-71
• 附录B：永磁同步电机控制系统原理图71-72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 张辰;何平;杜少华;;永磁同步电动机无传感器控制方法综述[J];制造技术与机床;2012年11期

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

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2 牛志伟;变结构MRAS方法PMSM无速度传感器直接转矩控制[D];天津大学;2012年

3 魏林瑞;基于负载观测器的永磁同步电机滑模控制[D];天津大学;2007年

4 王立双;同步电机电压空间矢量控制系统的研究[D];中国石油大学;2009年

5 叶雷;基于滑模自适应的永磁同步电机伺服控制研究[D];浙江工业大学;2014年

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本文编号：825098