异步电机SVPWM的矢量控制系统研究

发布时间：2017-04-23 12:08

  本文关键词：异步电机SVPWM的矢量控制系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 近年来,随着电力电子技术、微处理器技术的发展以及新的电机控制理论的出现,极大的促进了异步电机控制技术的发展。异步电机结构简单、成本低,采用矢量控制技术可以获得和直流电机相媲美的控制性能,而且异步电机矢量控制调速系统具有更高的调速精度、更大的调速范围和更快的响应速度。论文深入研究了基于电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)的矢量控制系统的基本原理,设计了一款基于DSP控制芯片TMS320F2812的异步电机矢量控制系统,并通过仿真和实验对该控制系统性能进行测试和评估。 首先,选用低压鼠笼异步电机作为研究对象,利用坐标变换理论,分析了异步电机在三相静止坐标系、两相静止与旋转坐标系下的电机基本数学模型。利用转子磁场定向的矢量控制技术,实现了异步电机定子电流的转矩分量和励磁分量的解耦。分析了空间矢量PWM的调制算法以及实现方法,最后设计了异步电机的双闭环矢量控制系统。 然后,利用Matlab/Simulink在构建二相静止α-β坐标下异步电机数学模型的基础上,建立了基于电压空间矢量脉宽调制的异步电机矢量控制模型。包括电机模块、坐标变换模块、磁链观测模块、PI调节模块、SVPWM模块等。并对电机的启动性能以及负载为阶跃、斜坡和正弦输入的情况进行了仿真分析。仿真结果表明所建的系统模型动态过程符合实际调速系统运动过程。 根据异步电机矢量控制的原理,进行了基于TMS320F2812控制芯片的全数字控制异步电机矢量控制系统硬件和软件设计。系统硬件设计包括了主电路(整流电路、滤波电路和逆变电路)、检测电路(电流、电压检测电路和转速检测电路)以及辅助电路的设计与参数、器件选型;系统的软件设计包括了主程序、定时器中断子程序、ADC采样程序、转速采样程序、PI调节程序,转子磁链计算程序等。并重点介绍了SVPWM模块在DSP上编程实现的方法,采用定点运算格式,通过软件开发平台CCS3.3编制控制程序,最后记录了实际波形,与仿真波形进行对比,验证了系统设计的有效性,可行性。并对实验结果和在实验中出现的问题进行了分析和讨论,为后续的研究和开发更高性能电机控制系统奠定了必要的基础。
【关键词】：异步电机 电压空间矢量脉宽调制 矢量控制 Matlab/Simulink TMS320F2812
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM343
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 课题的背景及意义8-9
• 1.2 异步电机调速技术的发展与现状9-13
• 1.3 论文的主要内容13-14
• 2 异步电机矢量控制原理14-30
• 2.1 异步电机矢量控制的基本思想14-15
• 2.2 坐标变换15-17
• 2.3 异步电机的数学模型17-19
• 2.3.1 异步电机的多变量非线性数学模型17-18
• 2.3.2 异步电机在二相静止坐标系上的数学模型18-19
• 2.3.3 异步电机在两相同步旋转坐标系上的数学模型19
• 2.4 矢量控制系统的建立19-22
• 2.4.1 转子磁场定向控制(FOC)的异步电机模型20-21
• 2.4.2 转子磁链观测21-22
• 2.4.3 基于SVPWM 的矢量控制系统22
• 2.5 SVPWM 及逆变技术22-29
• 2.5.1 电压与磁链的关系23
• 2.5.2 SVPWM 原理23-25
• 2.5.3 SVPWM 控制算法实现25-29
• 2.6 本章小结29-30
• 3 矢量控制系统的 Matlab/Simulink 仿真30-42
• 3.1 Matlab/Simulink 仿真平台简介30
• 3.2 三相交流异步电机模型30-33
• 3.3 矢量控制系统模型33-39
• 3.3.1 坐标变换模块33-34
• 3.3.2 PI 调节模块34
• 3.3.3 转子磁链观测模块34-35
• 3.3.4 SVPWM 模块35-39
• 3.3.5 矢量控制系统仿真模型39
• 3.4 仿真结果与分析39-41
• 3.5 本章小结41-42
• 4 矢量控制系统硬件设计42-52
• 4.1 系统的硬件设计总体框图42-43
• 4.2 控制芯片TMS320F2812 简介43-44
• 4.3 主电路设计44-47
• 4.3.1 整流电路44-45
• 4.3.2 滤波电路45
• 4.3.3 逆变电路45-47
• 4.4 检测电路设计47-50
• 4.4.1 电流、电压检测电路47-48
• 4.4.2 转速检测电路48-50
• 4.5 其他外围电路设计50-51
• 4.6 本章小结51-52
• 5 矢量控制系统软件设计52-70
• 5.1 系统软件开发平台简介52-53
• 5.2 DSP 定点运算53-55
• 5.3 软件系统主要模块设计55-64
• 5.3.1 ADC 采样模块57-59
• 5.3.2 转速采样模块59-60
• 5.3.3 PI 调节器模块60-61
• 5.3.4 转子磁链计算模块61-62
• 5.3.5 坐标变换模块62-63
• 5.3.6 SVPWM 模块63-64
• 5.4 SVPWM 在DSP 上的实现64-69
• 5.5 本章小结69-70
• 6 结论与展望70-72
• 6.1 主要结论70-71
• 6.2 后续研究工作的展望71-72
• 致谢72-74
• 参考文献74-78
• 附录78
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录78

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 张恒;基于矢量控制方法的异步电机电主轴高速运行特性的研究[D];华南理工大学;2011年

2 刘江华;基于预测电压调制与T-S模糊控制的PMLSM直接推力控制[D];沈阳工业大学;2012年

3 戴长秋;基于变频技术的泵控缸液压调速系统的模糊PID控制[D];武汉工程大学;2012年

4 旦高亮;电动汽车用交流异步电机驱动系统控制策略[D];重庆大学;2012年

5 鹿水;基于DSP的中压变频器关键技术研究[D];安徽工程大学;2012年

6 潘景鹏;异步电机的数字化矢量控制[D];大连理工大学;2013年

7 邵锦敏;ACIM矢量控制及MATLAB仿真和硬件设计[D];吉林大学;2013年

8 周光远;交流伺服驱动系统控制器设计[D];沈阳理工大学;2013年

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本文编号：322367