基于定子电流补偿理论的永磁同步电机弱磁控制策略研究

论文摘要

永磁同步电机由于其功率密度大,效率高的特点被广泛应用于工业控制的各个领域。为了达到控制精度高、调速范围宽、输出转矩大、运行稳定、抗干扰能力强等要求,先进可靠的控制系统必不可少,因此永磁同步电机调速系统的策略研究成为该领域的一个热点问题。在实际系统中,当永磁同步电动机的转速提升到一定程度时,由于供电电压的限制和电流控制器的饱和作用,要想继续提高转速相当困难。这时为了得到更宽的调速范围,就必须降低磁通大小,从而采用弱磁控制。而永磁电机转子采用永磁体励磁,其磁通大小不可调节,一般的方法就是通过改变定子电流矢量来达到等效的削弱磁通的作用,弱磁控制研究都是围绕改变定子电流大小来实现的。当电动机高速运转时,电枢反应将会非常严重,它将改变电机本身的各项参数值,从而导致电机的运转性能发生变化。而永磁同步电机的弱磁控制正是通过电枢反应实现的,其引起的参数变化影响不可避免,为了达到理想的运行效果,就必须对定子电流值进行一定的补偿,针对此,本文提出了基于定子电流补偿理论的弱磁控制方法。本文首先介绍了永磁同步电动机调速系统的基本知识和国内外在该领域的研究成果,分析了矢量控制技术的一般原理和电动机全速度范围内定子电流控制的最佳方法。然后针对电枢反应对电动机弱磁性能的影响,提出了一种基于定子电流补偿理论的弱磁控制策略,并把模糊控制理论应用在该补偿理论中,设计了模糊补偿控制器。最后通过系统软,硬件实验平台的搭建和实验数据的分析,验证了该控制策略的可行性和有效性。文章的最后对系统需要改进的地方和下一步的研究工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 永磁同步电机的矢量控制方法
• 2.1 永磁同步电机稳态数学模型
• 2.1.1 坐标变换
• 2.1.2 永磁同步电机在d-q坐标轴下的数学模型
• 2.2 永磁同步电机矢量控制运行时的基本电磁关系
• 2.2.1 电压极限圆
• 2.2.2 电流极限圆
• 2.2.3 恒转矩轨迹与最大转矩/电流轨迹
• 2.3 永磁同步电机矢量控制方法
• 2.4 永磁同步电机弱磁控制
• 2.4.1 弱磁用永磁同步电机本体的选择
• 2.4.2 普通弱磁控制
• 2.4.3 最大输出功率弱磁控制
• 2.4.4 定子电流最佳控制策略
• 2.5 电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技术
• 2.5.1 电压空间矢量调制技术的基本原理
• 2.5.2 任意空间矢量的调制
• 2.5.3 SVPWM在系统中的实现
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于定子电流补偿理论的弱磁控制策略
• 3.1 弱磁控制策略
• 3.1.1 电机参数对电机运行性能的影响
• 3.1.2 电枢反应对电机参数的影响
• 3.2 永磁同步电机定子电流模糊补偿控制
• 3.2.1 电流补偿控制器的原理
• 3.2.2 模糊电流补偿控制器的设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 系统设计及实现
• 4.1 系统硬件设计
• 4.1.1 系统硬件总体结构
• 4.1.2 主电路设计
• 4.1.3 电流检测反馈电路
• 4.1.4 转子位置与速度检测电路
• 4.2 系统软件设计
• 4.2.1 系统软件总体结构
• 4.2.2 主程序设计
• 4.2.3 转子位置及速度测算
• 4.2.4 控制策略选择及模糊补偿环节
• 4.2.5 速度与电流调节器
• 4.2.6 SVPWM实现
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 永磁同步电机弱磁调速系统实验平台
• 4.3.2 实验结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢