永磁同步电机无速度传感器矢量控制

论文摘要

电动机作为能量转换装置广泛地应用于工业及日常生活中,虽然交流电机相对于直流电机优点突出,但由于其控制理论、微处理器以及电力电子器件的限制,使得交流电机在调速领域一直不能得到广泛的应用。随着控制理论的发展及科技的进步,交流电机调速系统得到了快速发展,永磁同步电机作为交流电机的一种,其性能好、成本低、可靠性高等优点成为电力拖动领域研究的热点。本文主要对永磁同步电机的矢量控制、无传感器位置及转速检测、转子初始位置检测等关键问题进行了理论研究及数学推导,设计了硬件电路,编写了控制程序,并进行了实验验证。首先,由于永磁同步电机的非线性及强耦合性,因此必须通过坐标变换的方法实现永磁同步电机磁链的解耦,使得永磁同步电机可以像直流电机一样获得良好的调速性能,即矢量控制的方法。对永磁同步电机的控制采用id=0矢量控制的方法,对其理论进行了研究,改善了电机的控制性能。其次,由于永磁同步电机矢量控制系统在运行过程中需要对转子位置进行实时的检测。通过传感器进行转子位置检测,增加了系统的成本、降低了系统的可靠性,而无传感器技术很好的解决了这些问题,因此,对基于MRAS的无传感器技术进行了理论研究,建立了数学模型。对无传感器位置及转速检测中存在的问题提出了相应的解决方案。再次,永磁同步电机转子初始位置检测是电机启动及实现无传感器运行的关键问题,对于不同结构形式转子的永磁同步电机,转子初始位置检测的方法也不同。由于,基于饱和凸极效应的转子初始位置检测方法具有适用范围广、估计精度高等优点。因此对该初始位置检测方法进行了研究。解决了隐极性永磁同步电机初始位置估计的问题。并做了相关的实验,验证了检测方法的有效性。最终,在理论研究的基础上,设计了一套基于ARM的有传感器永磁同步电机矢量控制系统,进行了硬件电路的调试,编写相关的控制程序,实现了有传感器条件下的电机正常运行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源、目的及意义
• 1.2 永磁同步电机及其控制理论的发展
• 1.2.1 永磁同步电机的发展
• 1.2.2 永磁同步电机控制理论的发展
• 1.3 永磁同步电机无传感器发展现状
• 1.4 论文的主要研究工作
• 第2章 基于MRAS的无传感器矢量控制理论
• 2.1 引言
• 2.2 永磁同步电机分类及无传感器技术存在的问题
• 2.2.1 永磁同步电机的分类
• 2.2.2 无传感器技术存在的主要问题
• 2.3 自适应控制原理
• 2.4 永磁同步电机转速及位置估计
• 2.5 本章小结
• 第3章 永磁同步电机矢量控制系统方案设计
• 3.1 引言
• 3.2 永磁同步电机调速系统总体方案
• 3.3 永磁同步电机矢量控制原理
• 3.3.1 永磁同步电机调速系统原理
• 3.3.2 坐标变换
• 3.3.3 空间矢量SVPWM运算
• 3.4 转子初始位置估计
• 3.4.1 有位置传感器转子初始位置检测
• 3.4.2 无位置传感器转子初始位置估计
• 3.5 基于饱和凸极效应的转了位置估计原理
• 3.5.1 初始位置检测时电机磁链方程
• 3.5.2 初始位置检测时电机的电压响应
• 3.5.3 转子初始位置检测的实现方法
• 3.6 本章小结
• 第4章 永磁同步电机矢量控制系统硬件电路设计
• 4.1 引言
• 4.2 控制系统硬件总体结构
• 4.3 基于ARM的控制电路设计
• 4.3.1 STM32F103控制芯片介绍
• 4.3.2 控制芯片外围电路设计
• 4.4 功率及驱动电路设计
• 4.4.1 功率电路设计
• 316J驱动电路设计'>4.4.2 基于HCLP₃16J驱动电路设计
• 4.5 电源及检测电路设计
• 4.5.1 基于UC3844的开关电源设计
• 4.5.2 检测电路设计
• 4.5.3 过载保护电路设计
• 4.5.4 显示及接口电路设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 永磁同步电机调速系统软件设计
• 5.1 引言
• 5.2 IAR编译环境及Q格式介绍
• 5.3 控制系统软件结构
• 5.4 控制系统数学模型及子程序设计
• 5.4.1 空间矢量PWM程序设计
• 5.4.2 转子位置及速度检测程序设计
• 5.4.3 电流采样与滤波程序设计
• 5.4.4 速度及电流PI程序设计
• 5.4.5. 故障及中断服务程序设计
• 5.5 本章小结
• 第6章 永磁同步电机调速系统实验与实验结论
• 6.1 引言
• 6.2 实验设备及设备参数
• 6.3 实验结果及结果分析
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢