永磁同步电动机永磁磁链监测研究

发布时间：2017-09-27 20:31

  本文关键词：永磁同步电动机永磁磁链监测研究

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【摘要】：永磁同步电机(PMSM)具有重量轻,结构简单,损耗小,效率高等优点,但是对于永磁同步电机控制系统,在高温或大电流条件下电机永磁体将会发生不可逆失磁,这会导致电机空载电势下降,性能退化,甚至可能造成电机的损坏,严重影响到电机的效率、性能和可靠性,为了减少永磁体失磁故障而造成的经济损失,必须对永磁同步电机永磁体的失磁情况实现在线监测,尽量减少因电机失磁造成的损失,从而降低维护成本。论文主要研究基于扩展卡尔曼滤波及其改进方法对永磁同步电机的永磁体磁链信息进行在线监测。首先,分析了永磁同步电机的永磁体磁链监测现状和失磁原因,讨论了当今电机控制系统的现状;分析了永磁同步电机的类型及其结构,阐述了坐标变换的原理,重点推导了永磁同步电机的数学模型及其模型的坐标变换,介绍向量控制原理与SVPWM技术。然后,重点讨论了卡尔曼滤波与扩展卡尔曼滤波(EKF)的工作原理,并对扩展卡尔曼滤波中的数学模型加以改进,使其与永磁同步电机的数学模型相结合,最终达到对永磁同步电机的永磁磁链精确地在线监测的目的。本文选取同步旋转坐标系下的永磁体磁链与定子电流作为状态变量,建立一个能够实时提供准确永磁磁链信息的扩展卡尔曼滤波器及其改进方法的系统,并在matlab R2009a下构建仿真模型并对系统进行动态仿真,仿真结果验证了该算法的可行性,表明扩展卡尔曼滤波系统能准确地在线监测出永磁体磁链信息。最后,给出了相应的实际实验平台设计。
【关键词】：永磁同步电机 永磁磁链 扩展卡尔曼滤波 失磁
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 本论文研究课题的目的和意义9-10
• 1.2 永磁电机的失磁原因10-11
• 1.3 永磁电机磁链监测研究现状11-12
• 1.4 当今电机控制系统的现状12-14
• 1.5 卡尔曼滤波器的算法发展14-15
• 1.5.1 滤波器中的随机变量14-15
• 1.5.2 滤波迭代算法的介绍15
• 1.6 本论文的主要工作和内容安排15-17
• 第二章 永磁同步电动机的组成和数学原理17-33
• 2.1 永磁同步电动机的组成和原理17-18
• 2.2 永磁同步电动机的数学模型18-24
• 2.2.1 三相坐标系下永磁同步电动机的数学模型18-20
• 2.2.2 两相坐标系下永磁同步电动机的数学模型20-22
• 2.2.3 dq旋转坐标系下永磁同步电动机的数学模型22-24
• 2.3 永磁同步电动机的 =0di向量控制24-26
• 2.4 SVPWM技术26-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 扩展卡尔曼滤波的原理及其改进方法33-48
• 3.1 卡尔曼滤波原理33-37
• 3.1.1 过程信号的被估计过程33-34
• 3.1.2 滤波器的计算原型34-35
• 3.1.3 离散的卡尔曼滤波器算法35-37
• 3.2 扩展卡尔曼滤波的原理37-41
• 3.2.1 滤波器的计算原型37-40
• 3.2.2 扩展卡尔曼滤波器在PMSM上的运用40-41
• 3.3 EKF及其改进算法对永磁同步电动机永磁磁链的观测41-47
• 3.3.1 基于EKF对永磁同步电动机永磁磁链的观测模型41-44
• 3.3.2 改进后的EKF算法对永磁同步电动机的转子磁链观测44-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 基于EKF及其改进方法的仿真分析48-59
• 4.1 基于EKF的永磁同步电机磁链的仿真分析48-55
• 4.1.1 各子模块在仿真系统中的简图48-52
• 4.1.2 基于EKF算法的仿真波形及分析52-55
• 4.2 基于改进后的EKF算法的永磁同步电机的磁链仿真分析55-58
• 4.3 本章小结58-59
• 第五章 实验的设计59-69
• 5.1 系统的硬件结构介绍59-66
• 5.1.1 系统的主电路与保护电路60-62
• 5.1.2 采样电路62-65
• 5.1.3 TMS320F2812DSP芯片的简单介绍65-66
• 5.2 系统的软件设计介绍66-68
• 5.2.1 系统的主程序66-67
• 5.2.2 系统的中断程序67-68
• 5.3 本章小结68-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 6.1 全文总结69
• 6.2 研究展望69-71
• 参考文献71-75
• 攻读学位期间主要科研成果75-76
• 致谢76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 李红梅;陈涛;姚宏洋;;电动汽车PMSM退磁故障机理、诊断及发展[J];电工技术学报;2013年08期

2 宋博翰;崔建国;刘东;李威;吴家仁;陆颖;;基于Hilbert-Huang变换的电机故障诊断与仿真技术研究[J];沈阳航空工业学院学报;2010年04期

3 孙巨禄,苏鹏声,李永东;自调整模糊控制器在异步电机矢量控制系统中的应用[J];清华大学学报(自然科学版);2002年09期

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本文编号：931798