新型永磁同步电机的控制系统设计

论文摘要

人类社会发展的历史过程中,能源永远是人类赖以生存的物质基础,科学技术的进步更是和能源的获取、变换、利用紧密联系在一起。由于电能的生产、变换高效,传输分配容易,使用控制方便,因而获得了最为广泛的应用。电能的产生和利用更涉及机械与电两种形态能量之间的转换,电机(电动机、发电机)作为机电能量转换的设备所处位置关键,使得电机技术的发展直接关系到能源的有效变换和利用,能源的开发和节约。电机控制技术则主要服务于电机的运行、特性控制,最主要的是电动机的速度控制和发电机的励磁调节。随着电力电子技术、微电子技术、微机控制技术在电机控制中的应用,电机控制是以电子控制为主要形式,逐渐成为了一门以电机为机械本体,集信息技术、微电子技术与工作机械于一体的机电一体化技术,更是高新技术改造传统机电技术的重要手段。永磁同步电机在我国的发展有得天独厚的优势。我国是稀土资源的大国,有将近全世界80%的稀土蕴藏量。永磁电机的电磁、发热和机械振动的设计方面,得到了Ansoft、Ansys等软件的辅助,设计水平日益提高。永磁同步电机逐渐成为了电动机发展的一个大方向,在工业动力、风力发电和伺服系统中得到了广泛的应用。永磁同步电机的控制也成为了一个研究热点。世界著名的电机控制变频器厂商如ABB、安川、西门子等也推出了永磁同步电机专用控制变频器。可以看到,可靠、高效的永磁同步电动机控制系统将为电动机节能工程作出巨大的贡献。根据实际的应用要求,以大转矩,低转速的大功率盘式永磁同步电机作为应用对象。盘式永磁同步电机作为永磁同步电机的一种结构形式,它的气隙是平面型的,气隙磁场是轴向的,所以又称为轴向磁场电机。目前,国内外已开发了许多不同的结构形式,主要有单个定子和转子,中间转子,中间定子等种类。中间定子结构的大功率盘式永磁同步电机已经应用于许多大力矩,低转速的电气传动系统中,比如油田上的抽油设备。本文将介绍大力矩,低转速的永磁电机控制系统的设计,包括硬件系统、微控制器系统和控制策略的研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 永磁同步电机控制系统的应用和发展
• 1.1 永磁同步电机的特点
• 1.2 永磁同步电机控制系统的技术基础
• 1.2.1 电力电子技术基础
• 1.2.2 微控制器技术
• 1.2.3 电机相关控制理论的发展
• 1.3 控制系统的的主体设计
• 第2章 永磁同步电机控制系统的硬件电路设计
• 2.1 主回路设计
• 2.2 系统直流电源设计
• 2.2.1 线性电源设计
• 2.2.2 开关电源设计
• 第3章 微控制器DSP系统设计
• 3.1 DSP及其外围电路设计
• 3.2 电流，电压等信号的采集，处理
• 3.3 人机界面的设计
• 第4章 电机控制策略
• 4.1 VVVF控制策略
• 4.2 基于SVPWM的控制策略
• 第5章 电机速度无传感器策略的选择
• 5.1 高频注入法（HFI的）的应用
• 5.1.1 HFI的原理
• 5.1.2 HFI的特点
• 5.1.3 HFI的适用性分析
• 5.2 扩展卡尔曼滤波算法（EKF）的应用
• 5.2.1 EKF的基本理论
• 5.2.2 控制系统建模
• 5.3 模型自适应（MRAS）的应用
• 5.3.1 MRAS的理论与应用
• 5.3.2 MRAS应用中的误差补偿
• 5.3.3 控制系统建模
• 第6章 无速度传感器系统仿真与结果分析
• 6.1 EKF仿真实验结果与分析
• 6.1.1 EKF仿真实验结果
• 6.1.2 系统偏差分析
• 6.1.3 EKF仿真实验的结论
• 6.2 MRAS仿真与结果分析
• 6.2.1 MRAS仿真结果
• 6.2.2 仿真实验结论
• 第7章 全文总结
• 参考文献
• 致谢