飞轮驱动装置的控制系统设计

论文摘要

论文选题来源于:高温超导飞轮储能技术。飞轮储能系统采用永磁同步电机(PMSM:Permanent Magnet Synchronous Motor)作为驱动电机,要求控制系统能够实现电机转速和电流闭环控制,并且完成整个控制系统的设计,论文对基于飞轮储能系统的控制系统进行了系统性的研究。主要内容为:1.论文简单介绍了飞轮储能系统的研究背景和意义,飞轮储能系统和永磁同步电机的发展状况和应用展望,阐述了飞轮储能系统的基本工作原理。2.其次,论述了永磁同步电机的基本工作原理、组成环节、运行特性、状态方程和传递函数。3.最后,根据飞轮驱动装置的控制系统要求,选用XC167CI单片机来控制永磁同步电机。根据永磁同步电机的特点和XC167CI单片机的功能,提出了基于XC166技术的闭环调节的伺服控制系统的实施方案,并根据方案完成了基于电压空间矢量脉宽调制(SVPWM:Space Vector Pulse Width Modulation)策略的控制算法仿真,得到了比较理想的仿真结果。然后针对所设计的控制方案和控制算法对控制系统的软、硬件设计作了详细论述。硬件部分先作了整体设计,又着重论述了几个主要模块的电路设计。软件部分采用模块化设计思想,编制了各个模块的流程图,论述了软件实现方面的方案。最后,给出了控制系统实际运行时的实验测试情况,并对实验结果进行了分析。4实验结果表明:仿真结果表明方案是完全可行的,所设计的系统软硬件运行正常,很好的实现了飞轮驱动装置的控制系统功能,为高温超导磁悬浮飞轮储能的进一步研究奠定了坚实的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 飞轮储能系统的研究背景和意义
• 1.2 飞轮储能系统的发展现状及其应用展望
• 1.2.1 电力调峰
• 1.2.2 电动汽车电池
• 1.2.3 不间断电源
• 1.2.4 卫星姿态储能与控制
• 1.3 永磁同步电机的发展现状及其应用展望
• 1.4 飞轮储能系统的工作原理
• 1.4.1 磁悬浮飞轮储能系统的基本结构
• 1.5 本论文的选题和研究内容
• 第二章 永磁同步电机的工作原理及控制方案
• 2.1 永磁同步电机的工作原理
• 2.1.1 永磁同步电机的结构
• 2.1.2 永磁同步电机的数学模型
• 2.2 控制方案比较
• 2.2.1 直接转矩控制
• 2.2.2 磁场定向矢量控制
• 2.2.3 弱磁控制
• 2.2.4 自适应控制
• 2.3 磁场定向矢量控制方案的实现
• 2.4 本章总结
• 第三章 基于SVPWM的永磁同步电机控制系统模型仿真
• 3.1 SVPWM原理
• 3.2 SVPWM的SIMULINK仿真
• 3.2.1 扇区判断
• 3.2.2 计算基本矢量的作用时间
• 3.2.3 开关作用时间的计算模型
• 3.2.4 SVPWM波形的生成
• 3.3 SVPWM波形的生成永磁同步电机仿真模型的建立
• 3.4 仿真结果与分析
• 3.5 本章总结
• 第四章 永磁同步电机控制系统硬件设计
• 4.1 XC167CI微处理器
• 4.1.1 XC167CI芯片概述
• 4.1.2 XC167CI最小系统
• 4.2 永磁同步电机伺服系统控制电路
• 4.2.1 主电路
• 4.2.2 电源电路
• 4.2.3 驱动电路
• 4.2.4 电流检测电路
• 4.2.5 速度检测电路
• 4.2.6 保护电路
• 4.2.7 PCB设计规则和抗干扰措施
• 4.3 实验结果分析
• 4.3.1 PWM波形
• 4.3.2 电流环
• 4.3.3 速度环
• 4.4 本章总结
• 第五章 永磁同步电机控制系统软件设计
• 5.1 初始化程序
• 5.2 主程序
• 5.3 PI运算子程序
• 5.4 系统定时中断子程序
• 5.5 位置子程序
• 5.6 速度计算子程序
• 5.7 位置调节子程序
• 5.8 速度和电流调节子程序
• 5.9 软件的可靠性设计
• 5.10 本章总结
• 第六章 全文总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果
• 附录