矿井提升机三电平变频驱动系统的研究

发布时间：2017-03-23 10:15

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【摘要】：矿井提升机主要承担着井上井下的运输工作,如今对大功率矿井提升机的调速性能要求也越来越高。三相鼠笼式异步电机正是由于其结构简单,维护方便等优点被广泛应用。使用中点钳位式三电平逆变器能够更好的输出有利于电机运转的正弦波形,配合以直接拟合电机旋转磁场的SVPWM调制方法,可以达到更理想的调速效果。将滑模变结构速度控制器取代传统的PI速度控制器,电机拥有转速响应快、负载扰动时鲁棒性强等优势。本文针对矿井提升机三电平变频驱动系统的研究,完成一种应用于矿井提升机的大功率三电平无速度传感器滑模矢量控制系统的研究设计。首先,对矿井提升机驱动系统的结构组成做出介绍,分析了中点钳位式三电平拓扑结构工作原理,详细介绍了矢量控制理论,实现电机高性能控制。其次,对SVPWM方法进行详细介绍并仿真,得出该控制策略对波形的调制效果良好。针对速度调节这一环节采用滑模变结构速度控制结构,先对滑模变结构的原理进行介绍,再对滑模速度控制器进行设计,之后对滑模变结构驱动系统进行仿真,与传统PI结构速度控制器仿真对比,验证了滑模速度控制器具有速度响应性快、超调量小、对负载扰动的鲁棒性强等优势。随后,以DSP TMS320F2812作为控制芯片完成对矿井提升机变频驱动系统软硬件设计。最后,对全文工作总结,无速度传感器滑模矢量控制系统速度辨识好、转速响应快、鲁棒性强,能够应用于矿井提升机变频驱动系统。
【关键词】：SVPWM 三电平 矢量控制 模型参考自适应 滑模变结构
【学位授予单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD633
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 论文研究的背景和意义10
• 1.2 异步电机交流调速系统的发展概况10-11
• 1.3 中点钳位式三电平变频器在矿井提升机上的应用11-12
• 1.4 无速度传感器应用于变频驱动系统12-14
• 1.5 滑模变结构技术在速度控制上的应用14-15
• 1.6 本论文的研究内容及结构安排15-16
• 2 矿井提升机异步电机变频驱动系统16-26
• 2.1 矿井提升机工作原理16
• 2.2 矿井提升机电机选择16-17
• 2.3 三电平逆变器基本原理17-20
• 2.3.1 二极管中点钳位式三电平拓补结构17-18
• 2.3.2 二极管中点钳位式三电平逆变电路工作原理18-20
• 2.4 异步电机控制的数学模型20-25
• 2.4.1 矢量变换原理20-22
• 2.4.2 三相异步电机在任意两相旋转坐标系d，，q上的数学模型22-23
• 2.4.3 三相异步电机在两相静止坐标系 α，β 上的数学模型23
• 2.4.4 异步电机以转子磁场定向两相同步旋转M、T坐标系下的数学模型23-24
• 2.4.5 异步电机的矢量控制24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 3 三电平电压空间矢量脉宽调制及仿真26-37
• 3.1 三电平逆变器的基本矢量26-27
• 3.2 电压空间矢量调制具体方法27-33
• 3.2.1 在 αβ 坐标系下确定参考电压矢量27-28
• 3.2.2 确定参考矢量所在区域28-30
• 3.2.3 计算合成矢量的作用时间30-31
• 3.2.4 确定基本矢量的作用顺序31-33
• 3.3 三电平SVPWM算法仿真建模33-35
• 3.4 三电平SVPWM控制算法仿真分析35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 4 异步电机无速度传感器滑模矢量控制系统37-57
• 4.1 引言37
• 4.2 滑模变结构控制37-40
• 4.2.1 滑动模态的存在性38
• 4.2.2 滑动模态的可到达性38
• 4.2.3 滑模运动的稳定性38-39
• 4.2.4 滑模变结构控制的动态品质分析39-40
• 4.2.5 系统抖振问题分析40
• 4.3 异步电机滑模变结构速度控制器的设计40-42
• 4.3.1 滑模面的建立40-41
• 4.3.2 建立滑动模态存在和到达条件41-42
• 4.3.3 抖振问题的解决42
• 4.4 仿真分析42-45
• 4.4.1 仿真模型的搭建42-43
• 4.4.2 仿真分析43-45
• 4.5 基于MRAS的无速度传感器速度辨识方法45-50
• 4.5.1 MRAS基本结构46-47
• 4.5.2 自适应律设计47-50
• 4.6 基于MRAS的无速度传感器滑模矢量控制系统的仿真50-56
• 4.6.1 建立仿真模型50-53
• 4.6.2 仿真分析53-56
• 4.7 本章小结56-57
• 5 系统软硬件设计57-69
• 5.1 系统硬件设计57-65
• 5.1.1 基本DSP的系统结构图57
• 5.1.2 系统主电路设计57-59
• 5.1.3 IGBT驱动电路设计59-61
• 5.1.4 控制回路硬件设计61-65
• 5.2 系统软件设计65-68
• 5.2.1 系统软件设计结构65
• 5.2.2 主程序和中断子程序设计65-66
• 5.2.3 MRAS子程序设计66-67
• 5.2.4 滑模速度控制算法程序设计67-68
• 5.3 本章小结68-69
• 6 结论69-70
• 参考文献70-73
• 致谢73

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