永磁同步电机的低成本控制系统研究

发布时间：2017-09-20 12:47

  本文关键词：永磁同步电机的低成本控制系统研究

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【摘要】：永磁同步电机具有高能量密度、高效率、高转矩惯量比的特点,同时结构简单、易于维护、控制性能优越。随着永磁材料性能的提高以及价格的降低,永磁同步电机在工业以及一些家用电器方面的应用越来越广泛。本文针对永磁同步电机在风机、水泵以及一些要求低成本场合的应用,研究了转子无阻尼绕组永磁同步电机的两种低成本控制策略即转子位置开环的高效V/f控制以及基于开关型霍尔位置传感器矢量控制的一些关键问题。 首先针对转子位置开环的V/f控制策略在永磁同步电机低速运行以及转矩、转速突变时易失步、效率低等问题,提出了基于有功、无功功率观测的电压向量实时补偿的改进控制方法。在对V/f控制永磁同步电机稳定性分析的基础上,根据同步电机运行时功率角与转速波动间的联系,建立有功功率脉动分量与转速波动量的方程；在此基础上构建了抑制功率脉动的数字阻尼环系统,通过修正给定电压向量的转速提高电机运行的稳定性；同时对电机的无功功率进行实时观测,通过与电机运行在单位电流最大转矩情况下的无功功率进行比较,控制电压向量的幅值,实现永磁同步电机的高效运行。 其次针对基于开关型霍尔位置传感器的永磁同步电机矢量控制提高位置估算精度的问题进行了研究。详细分析了电机动态运行状态下,电机霍尔安装机械位置对转矩的影响,在此基础上提出了基于各扇区时间的最小二乘法线性插值算法。通过对转子位置的精确估算,有效地抑制了由于电机霍尔安装机械位置不准确带来的转矩和转速的脉动,提高电机运行的稳定性。 最后在Matlab/Simulink仿真平台对上述研究结果进行详细仿真分析的同时,搭建了外转子永磁同步电机控制系统的实验平台,分别对提出的高效V/f控制策略以及基于霍尔传感器的矢量控制在机械位置偏差时的控制进行了实验验证。仿真和实验结果都证明了所研究的控制方法的有效性。
【关键词】：永磁同步电机 低成本 V/f控制 高效 稳定 低分辨率
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM341
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 永磁同步电机发展概况10-11
• 1.2 永磁同步电机的控制策略简介11-13
• 1.3 永磁同步电机低成本控制系统的国内外研究现状13-18
• 1.3.1 带位置闭环的矢量控制研究现状13-17
• 1.3.2 转子位置开环的V/f控制算法研究现状17-18
• 1.4 本文的研究背景及意义18-19
• 1.5 本文主要研究内容19-20
• 参考文献20-24
• 第二章 永磁同步电机高效V/f控制研究24-58
• 2.1 永磁同步电机的数学模型及其空间矢量调制技术24-31
• 2.1.1 永磁同步电机的数学模型24-28
• 2.1.2 永磁同步电机的空间矢量调制技术28-31
• 2.2 永磁同步电机的基本V/f控制31-35
• 2.2.1 永磁同步电机V/f控制的基本理论31-33
• 2.2.2 V/f控制中转子初始位置定位33-35
• 2.3 基于有功功率观测的V/f控制稳定阻尼环的设计分析35-39
• 2.4 基于无功功率观测的V/f高效控制策略分析39-43
• 2.4.1 V/f控制中的电压给定39-40
• 2.4.2 V/f高效控制的电压调整40-43
• 2.5 永磁同步电机V/f高效控制的仿真研究43-56
• 2.5.1 V/f控制策略的仿真研究43-47
• 2.5.2 仿真结果分析47-56
• 2.6 本章小结56-57
• 参考文献57-58
• 第三章 永磁同步电机低分辨率位置传感器的位置估算研究58-76
• 3.1 低分辨率位置传感器的测速及通用的位置估算方法58-61
• 3.2 基于霍尔位置出现偏差时的位置估算方法61-63
• 3.3 对于霍尔区间边界的转子位置校正算法63-65
• 3.4 基于低分辨率位置传感器的电机矢量控制系统65-66
• 3.5 基于低分辨率传感器的矢量控制仿真分析66-73
• 3.5.1 仿真模块的搭建66-68
• 3.5.2 仿真结果的分析68-73
• 3.6 本章小结73-74
• 参考文献74-76
• 第四章 低成本永磁同步电机控制的实验研究76-92
• 4.1 实验平台的硬件构成76-82
• 4.1.1 主控芯片PSoC5 CY8C5868LP的介绍77-79
• 4.1.2 外围控制电路79-82
• 4.2 高效V/f控制策略的实验研究82-87
• 4.2.1 高效V/f控制的软件流程82-84
• 4.2.2 高效V/f控制的实验结果分析84-87
• 4.3 基于低分辨率位置传感器的永磁同步电机矢量控制实验研究87-90
• 4.3.1 低分辨率永磁同步电机矢量控制的软件流程88
• 4.3.2 基于低分辨率位置传感器矢量控制的实验结果88-90
• 4.4 本章小结90-92
• 第五章 总结与展望92-94
• 5.1 全文总结92-93
• 5.2 今后工作展望93-94
• 攻读硕士学位期间研究成果94

【参考文献】

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本文编号：888153