基于模糊逻辑的永磁同步电机直接转矩控制研究

论文摘要

随着高性能永磁材料、电力电子技术、大规模集成电路以及计算机技术的发展,永磁同步电机由于体积小、功率密度高、效率和功率因素高等优点得到了广泛的应用。直接转矩控制是在20世纪80年代针对异步电机提出的,是继矢量控制之后的又一高性能交流电机控制策略。随着直接转矩控制策略在永磁同步电机中的理论基础的解决,永磁同步电机的直接转矩控制策略也受到了越来越多的关注。本文首先介绍了坐标变换的原理,然后从永磁同步电机的模型出发,论述了永磁同步电机直接转矩控制的基本理论,推导出了传统直接转矩控制策略的空间电压矢量开关表。对传统的矢量开关表进行了改进,引入了零电压矢量。零电压矢量可以保持电机转矩不变,降低开关器件的动作频率,改善系统的控制性能。针对常规直接转矩控制容易产生转矩脉动的缺点,根据空间电压矢量调制的原理,给出了基于空间矢量调制的永磁同步电机直接转矩控制的模型。然后介绍了模糊逻辑的基本原理,并将模糊控制引入到永磁同步电机的直接转矩控制中。根据直接转矩控制中磁链滞环和转矩滞环本身是模糊语言的特点,对其进行模糊化,用模糊控制器取代传统的滞环控制器,并按照传统直接转矩控制策略设置知识库,完成空间电压矢量的推理选择。在上述理论分析的前提下,利用MATLAB/Simulink建立了永磁同步电机的磁链转矩计算、转矩滞环、磁链滞环、扇区选择和模糊控制器等仿真模型,对基于空间矢量调制和模糊逻辑控制的永磁同步电机直接转矩控制进行了仿真,验证了永磁同步电机直接转矩控制策略的基本理论。同时对永磁同步电机的模糊控制策略与传统的直接转矩控制策略进行了比较,仿真结果表明模糊控制的直接转矩控制策略可减小转矩脉动,提高系统的动、静态性能。在完成理论推导和仿真验证的基础上,对系统进行了基于数字信号处理器的硬、软件设计,构建了永磁同步电机直接转矩控制平台。该系统主要包括主电路、控制电路、驱动电路和检测电路,最后对驱动电路进行了基于SPWM和SVPWM的驱动实验研究,为以后进一步完善打下了基础。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 永磁同步电机的概述
• 1.1.2 交流调速系统的发展
• 1.2 本论文的研究目的和意义
• 1.3 本论文的主要内容和工作
• 2 永磁同步电机的结构及数学模型
• 2.1 永磁同步电机的种类与结构
• 2.2 坐标变换
• 2.2.1 Clarke 变换和反变换
• 2.2.2 Park 变换和反变换
• 2.3 永磁同步电机的数学模型
• 2.3.1 永磁同步电机的电压和磁链模型
• 2.3.2 永磁同步电机转矩方程
• 2.4 本章小结
• 3 永磁同步电机的直接转矩控制
• 3.1 直接转矩控制的基本原理
• 3.1.1 逆变器原理
• 3.1.2 空间电压矢量的选择
• 3.1.3 改进的空间电压矢量表
• 3.2 基于滞环的直接转矩控制技术
• 3.2.1 滞环直接转矩控制的基本模型
• 3.2.2 滞环直接转矩控制的特点
• 3.2.3 滞环直接转矩控制转矩脉动的分析
• 3.3 基于空间矢量调制的直接转矩控制技术
• 3.3.1 空间矢量调制的基本原理
• 3.3.2 空间矢量调制的基本模型
• 3.3.3 空间矢量调制的仿真研究
• 3.4 本章小结
• 4 基于模糊控制的永磁同步电机直接转矩控制
• 4.1 模糊控制的基本原理
• 4.1.1 模糊控制简介
• 4.1.2 模糊控制的基本过程
• 4.2 模糊控制在PMSM DTC 中的应用
• 4.2.1 基于模糊控制的PMSM DTC 的基本模型
• 4.2.2 模糊控制器的设计
• 4.3 仿真研究
• 4.4 本章小结
• 5 模糊直接转矩控制的硬件设计与软件设计
• 5.1 模糊直接转矩控制系统的硬件组成
• 5.1.1 系统主电路的设计
• 5.1.2 系统控制电路
• 5.1.3 IPM 输入电路
• 5.1.4 功率保护电路
• 5.1.5 系统检测电路
• 5.2 模糊直接转矩控制的软件结构
• 5.2.1 主程序模块
• 5.2.2 PWM 中断模块
• 5.2.3 故障中断模块
• 5.3 驱动实验及分析
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录