基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器研究

论文摘要

近年来,现代电力电子技术、微电子技术以及现代控制理论的飞速发展,促进了永磁同步电动机无传感器控制技术的不断进步。无传感器永磁同步电动机调速系统不仅具有结构简单、易维护、运行效率高、调速性能好等优点,还具有体积小、成本低、可靠性高以及能应用于一些特殊场合的特点。本课题采用了滑模观测器的无传感器算法对电机的转子位置进行估计,研究并开发了永磁同步电机的无传感器矢量控制系统。本文详细论述了矢量控制技术的原理及滑模变结构控制原理,在对永磁同步电机的数学模型分析的基础上,选取了id=0的矢量控制策略来驱动永磁同步电机。在基于滑模观测器的无传感器控制算法方面,文章给出了详细的建立过程。并在Matlab/simulink软件平台上进行了仿真分析,结果表明,滑模观测器估算的转子角度准确,验证了其科学性与可行性。最后,文章给出了系统设计的硬件电路与软件流程图。本课题中,硬件系统采用了TMS320F2808DSP芯片作为控制核心,以IPM作为驱动模块,采用SVPWM技术进行实验研究。软件流程方面,文章给出了滑模控制模块、SVPWM模块等主要模块的流程图,介绍了永磁同步电机矢量控制系统的中断流程等。在课题的最后,根据波形等对系统的性能做出了分析与评价,控制系统在经过调试以后,成功实现了电机无传感器的矢量控制算法,有着良好的转矩与速度响应,调整精度高,运行比较稳定,基本达到了课题预期的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 电机现代控制技术的发展概况
• 1.2 几种典型的永磁电机及应用
• 1.3 永磁同步电动机无传感器电机控制方法
• 1.4 本课题研究的意义和内容
• 2 永磁同步电机结构、原理与矢量控制
• 2.1 永磁同步电机结构与原理
• 2.2 电机矢量控制系统的基本思想
• 2.3 坐标变换
• 2.3.1 矢量控制系统中的三种坐标系
• 2.3.2 Clarke变换
• 2.3.3 Park变换
• 2.4 空间矢量SVPWM技术
• 2.4.1 SVPWM技术的基本思想
• 2.4.2 SVPWM技术的基本原理
• 2.4.3 SVPWM技术的算法实现
• 3 滑模变结构控制策略
• 3.1 滑模变结构控制原理
• 3.1.1 变结构控制
• 3.1.2 滑模变结构控制的基本概念
• 3.2 滑模变结构控制器的设计
• 3.2.1 滑模面的设计
• 3.2.2 控制律的求取
• 3.3 滑模变结构控制的"抖振"问题
• 3.3.1 "抖振"的原因
• 3.3.2 "抖振"的削弱
• 4 基于滑模观测器的永磁同步电机矢量控制系统设计
• 4.1 永磁同步电机矢量控制系统模型分析
• 4.1.1 永磁同步电机数学模型
• 4.1.2 永磁同步电机矢量控制策略
• 4.2 永磁同步电机的滑模观测器设计
• 4.2.1 基于滑模观测器的同步永磁电机转子位置估算法
• 4.2.2 基于滑模观测器的同步永磁电机矢量控制方案
• 5 基于滑模观测器的永磁同步电机矢量控制系统建立与仿真
• 5.1 仿真工具语言Matlab/Simulink简介
• 5.2 基于滑模观测器的永磁同步电机矢量控制系统建立与仿真
• 5.3 仿真结果及分析
• 6 基于滑模观测器的永磁同步电机矢量控制系统DSP实现
• 6.1 控制系统硬件描述
• 6.2 控制系统硬件各部分功能描述
• 6.2.1 TMS320LF2808主控电路部分
• 6.2.2 IPM模块与光电隔离部分
• 6.2.3 电流检测及电流信号处理部分
• 6.3 控制系统软件部分及流程实现
• 6.3.1 控制系统中断流程及总体程序流程
• 6.3.2 控制系统主要模块程序流程
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢