压缩机用永磁同步电机的矢量控制研究

发布时间：2017-08-09 14:11

  本文关键词：压缩机用永磁同步电机的矢量控制研究

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【摘要】：能源危机给人类的生活环境带来挑战,人们都在为可持续发展的目的积极的推广节能改造技术。压缩机是一种将气体压缩从而提供动力或输运气体的机械,是石油、化工等工业领域中不可缺少的机械设备。由于永磁同步电机体积小、功率密度和效率高及动态响应快等优点,因而在压缩机上的应用得到了广泛的关注。本文选取内置式永磁同步电机作为研究对象,对其矢量控制策略展开研究,着重研究了定子电阻变化及软件延时对无传感器控制算法的影响及改善措施,具有重要的工程应用价值和学术意义。首先,本文从永磁同步电机的本体结构出发,介绍了矢量控制所用的坐标变换,并推导出永磁同步电机在两相旋转坐标系下的数学模型,详细地阐述了永磁同步电机的矢量控制理论,并得到了基于转子磁场定向下的矢量控制框图,为下文介绍无传感器控制策略模型的搭建做好充足的理论准备。其次,针对压缩机用永磁电机安装传感器带来的成本与体积增大,以及在压缩机复杂工况下的可靠性低、受环境影响较大等问题,本文采用基于模型参考自适应(MRAS)算法的无传感器控制策略对电机转子位置与速度进行估测。同时针对对电机低速运行时,定子电阻变化对磁链估测精度影响及由此带来的误差问题,本文提出了一种反馈误差校正法。该方法能够消除磁链估测中存在的误差,显著提高了磁链观测器的精度。然后,还研究了软件延时带来的角度误差,并提出了补偿措施来改善。本文还简要介绍了压缩机用永磁电机全速度运行控制策略,包括电机初始位置定位、启动以及双闭环矢量控制。最后,在MATLAB/SIMULINK平台上搭建了基于改进型MRAS的永磁同步电机转速辨识系统的仿真模型,并对仿真结果进行了分析。随后介绍了基于TI公司TMS320F28335芯片的试验平台硬、软件设计,针对一台37KW压缩机用永磁同步电机样机进行了实验验证,证明了所提算法的有效性和可行性。
【关键词】：压缩机 永磁同步电机 矢量控制 模型参考自适应
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题背景及意义10-11
• 1.2 压缩机系统11-13
• 1.2.1 压缩机系统的发展11-12
• 1.2.2 压缩机系统的组成和原理12-13
• 1.3 永磁电机控制策略研究背景13-16
• 1.3.1 永磁同步电机无传感器技术发展状况14-15
• 1.3.2 参数变化对无传感器算法影响的研究现状15-16
• 1.4 永磁电机驱动压缩机研究的现状16
• 1.5 课题的主要研究内容16-17
• 1.6 课题来源17-18
• 第2章 永磁同步电机矢量控制理论18-29
• 2.1 永磁同步电机本体18-20
• 2.1.1 永磁同步电机简介18-19
• 2.1.2 永磁同步电机结构19-20
• 2.2 坐标变换20-21
• 2.3 两相旋转坐标系下PMSM的数学模型21-24
• 2.4 永磁同步电机的矢量控制策略24-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 基于MRAS的PMSM无传感器控制策略29-42
• 3.1 模型参考自适应的原理29-30
• 3.2 基于MRAS算法的控制策略实施方案30-34
• 3.2.1 MRAS设计思路30-32
• 3.2.2 基于定子磁链观测模型的MRAS辨识方案32-34
• 3.3 改进型MRAS的控制算法34-35
• 3.3.1 传统MRAS算法中定子电阻的影响34
• 3.3.2 反馈误差校正环节34-35
• 3.4 软件延时对MRAS算法的影响35-37
• 3.5 压缩机用永磁同步电机驱动系统的运行策略37-41
• 3.5.1 压缩机的负载特性37-38
• 3.5.2 初始位置定位38-39
• 3.5.3 启动及运行策略39-40
• 3.5.4 压缩机用永磁同步电机矢量控制系统运行的分析40-41
• 3.6 本章小结41-42
• 第4章 仿真分析与实验验证42-60
• 4.1 基于MRAS的PMSM控制策略仿真验证42-45
• 4.2 仿真结果与分析45-49
• 4.3 实验验证49-56
• 4.3.1 样机系统及控制平台49-50
• 4.3.2 硬件电路设计50-54
• 4.3.3 系统软件设计54-56
• 4.4 实验结果与分析56-58
• 4.5 本章小结58-60
• 结论与展望60-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录67-68
• 附录B 攻读学位期间所参与的项目68

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本文编号：645675