交流永磁同步电机转速稳定性研究

论文摘要

随着微处理器技术、电力电子技术和材料技术的快速发展以及电机制造工艺水平的逐步提高,交流伺服控制系统将逐步取代直流伺服系统成为工业领域实现自动化的基础措施。我国拥有丰富的稀土资源、永磁材料的制造工艺也在不断发展,并且永磁同步电机(PMSM)有着比其他电机更优异的控制性能,因此以永磁同步电机为执行电机的交流伺服控制系统得到了越来越多的关注。本文对全数字式交流永磁同步电机伺服驱动器进行了较全面的研究和分析,并针对电机的转速稳定性给出了相应的控制方法。作者首先分析了永磁同步电机在两相静止坐标系及两相旋转坐标系下的数学模型,确定了id=0的控制方式。详细阐述了矢量控制技术和空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术的原理及具体的实现方法。在此基础上,为使电机有一个宽调速范围,并保证系统的转速稳定性,引入了锁相环技术,并根据锁相环技术设计了一款基于CD4046的倍频电路,解决了电机在超低速运行时的稳定问题。同时还设计了电子齿轮,使电机运行稳定性有了更大的提升,增强了本伺服控制器对不同电机的适应能力。最后,作者详细介绍了以TI公司的TMS320F2812为核心处理器的交流伺服驱动器的软、硬件设计。硬件部分包括主电路设计、IPM驱动电路、电流检测电路、速度及位置检测电路等；软件部分按照模块化的设计思想将程序分成若干部分,包括程序总体设计、转子位置初始化、定时器中断服务程序、SVPWM算法实现、速度及位置检测以及A/D转换等,并给出了PMSM伺服系统的部分试验结果。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 交流伺服系统的研究现状
• 1.3 交流伺服技术的发展方向
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 永磁同步电机的数学模型及矢量控制原理
• 2.1 永磁同步电机的结构
• 2.2 永磁同步电机的数学模型
• 2.2.1 永磁同步电机在三相坐标系下的数学模型
• 2.2.2 永磁同步电机在两相静止坐标系下的数学模型
• 2.2.3 永磁同步电机在同步旋转坐标系下的数学模型
• 2.3 矢量控制技术
• 2.4 空间矢量脉宽调制（SVPWW）技术的原理及实现
• 2.4.1 空间矢量脉宽调制（SVPWM）原理
• 2.4.2 SVPWM实现
• 2.5 控制系统的MATLAB仿真
• 2.6 本章小结
• 第三章 锁相环技术及其在电机控制中的应用
• 3.1 锁相环路的组成及工作原理
• 3.1.1 锁相环技术的基本原理
• 3.1.2 锁相环系统的组成
• 3.2 锁相环技术在电机控制中的应用
• 3.3 本章小结
• 第四章 电子齿轮的设计
• 4.1 电子齿轮的原理
• 4.2 电子齿轮的设计
• 4.2.1 分频比为l/n的电子齿轮
• 4.2.2 分频比为m/n的电子齿轮实现方法
• 4.2.3 电子齿轮的实现
• 4.3 本章小结
• 第五章 伺服控制系统的软硬件设计
• 5.1 伺服系统的硬件实现
• 5.1.1 系统硬件的总体设计
• 5.1.2 电流检测电路
• 5.1.3 PWM驱动电路
• 5.1.4 速度及位置检测电路
• 5.2 伺服系统的软件设计
• 5.2.1 系统软件的总体设计
• 5.2.2 转子位置初始化
• 5.2.3 定时器中断服务程序
• 5.2.4 SVPWM算法
• 5.2.5 速度及位置检测算法
• 5.2.6 A/D转换算法
• 5.3 试验结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 不足与展望
• 6.3 本章小结
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表