基于分段调制策略的永磁同步电机直接转矩控制系统研究

论文摘要

永磁同步电机(PMSM)具有体积小、效率高、结构简单等优点,在要求高控制精度和高可靠性的场合,比如航空航天、数控机床、雷达与各种军用武器跟随系统及机器人等方面获得了广泛的应用,在现代交流电机中也占有举足轻重的地位。论文首先对永磁同步电机结构及特点进行了分析,继而给出了永磁同步电机在不同坐标系下的数学模型；深入探讨了直接转矩控制在永磁同步电机上的应用理论基础,分析了电压矢量对电机电磁转矩和定子磁链的控制作用；在此基础上给出了永磁同步电机直接转矩控制原理结构框图。针对直接转矩控制所存在的转矩和定子磁链脉动问题,本文在分析空间矢量调制直接转矩控制和滑模变结构直接转矩控制的基础上,提出了基于分段调制策略的直接转矩控制,利用滑模变结构对系统参数变化和负载扰动不敏感、鲁棒性好、响应速度快的优点来克服电压模型磁链观测的缺陷。在此基础上,借助Matlab/Simulink工具,对所提出的控制策略进行仿真,得到了与理论分析一致的仿真实验结果,验证了理论的可行性。最后,设计了以DSP处理器为核心、整流器和智能功率模块为主电路的系统硬件平台,并给出了系统软件各模块的流程图。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景与研究意义
• 1.2 永磁同步电机控制策略
• 1.3 直接转矩控制的研究现状及发展趋势
• 1.4 论文的主要内容
• 第二章 永磁同步电机数学建模与直接转矩控制原理
• 2.1 永磁同步电动机的物理结构
• 2.2 坐标系及坐标变换
• 2.3 三相永磁同步电机的数学模型
• 2.3.1 三相静止坐标系下的PMSM模型
• 2.3.2 两相旋转坐标系下的PMSM模型
• 2.3.3 两相静止坐标PMSM模型
• 2.4 永磁同步电机直接转矩控制原理
• 2.4.1 转矩的生成
• 2.4.2 三相电压源逆变器工作原理
• 2.4.3 电压空间矢量与磁链空间矢量
• 2.4.4 电压空间矢量对电动机转矩的影响
• 2.4.5 传统滞环直接转矩控制系统基本模型
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于分段调制策略的永磁同步电机直接转矩控制系统方案研究
• 3.1 采用分段调制策略改善系统低速性能
• 3.2 基于空间矢量调制的直接转矩控制
• 3.2.1 空间矢量调制
• 3.2.2 基于SVM的直接转矩控制系统
• 3.3 基于滑模变结构控制的直接转矩控制
• 3.3.1 滑模变结构控制
• 3.3.2 基于滑模变结构的PMSM直接转矩控制
• 3.4 基于滑模变结构和空间矢量调制分段调制的直接转矩控制方案
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于分段调制策略的直接转矩控制系统的实现和仿真研究
• 4.1 基于空间矢量调制的直接转矩控制
• 4.1.1 非零电压空间矢量的作用时间
• 4.1.2 切换时间的计算
• 4.1.3 参考电压矢量所处扇区的判定
• 4.2 基于滑模变结构的PMSM直接转矩控制
• 4.2.1 永磁同步电机状态模型
• 4.2.2 滑模控制器的设计
• 4.3 仿真研究及结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 系统软硬件设计
• 5.1 直接转矩控制系统的硬件电路
• 5.1.1 系统主电路及IPM驱动电路设计
• 5.1.2 基于DSP的控制电路
• 5.1.3 电流电压检测电路
• 5.1.4 速度检测
• 5.2 直接转矩控制系统的软件设计
• 5.2.1 软件设计概述
• 5.2.2 系统控制软件的任务及设计方案
• 5.2.3 PI调节器模块
• 5.2.4 PWM中断服务子程序设计
• 5.2.5 磁链和转矩的计算
• 5.2.6 SVPWM生成模块
• 5.2.7 功率模块保护中断（PDPINT中断）
• 5.3 本章小结
• 第六章 论文总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的主要研究成果