永磁同步电动机滑模变结构直接转矩控制的研究

论文摘要

随着科学技术的发展,永磁同步电动机越来越受到了学者的推崇。相对感应电动机来说,永磁同步电动机具有结构紧凑、重量轻、功率密度高等优点,在机械制造、航空航天和电力牵引等领域得到广泛的应用。近20年来,随着高性能永磁材料的问世及电力电子技术的发展,以永磁同步电动机为动力核心的驱动系统己受到国内外的普遍重视。因此,对其控制系统的研究具有重要的理论和工程实际意义。本文首先介绍了永磁同步电动机驱动系统的研究现状和发展趋势；由矢量坐标变换理论出发,推导了永磁同步电动机dq0轴电压方程、磁链方程、转矩方程和它的数学模型,并以此为基础分析了永磁同步电机的基本控制方法。其次研究了永磁同步电机控制系统传统的直接转矩控制原理,确定了直接转矩控制系统中电压矢量的选择规则。仿真结果表明,传统的直接转矩控制虽然转矩响应快,但是,转矩和定子磁链都存在很大的脉动。为了解决传统永磁同步电机直接转矩控制中存在的磁链和转矩脉动较大的问题,本文采用了一种基于滑模变结构控制的永磁同步电机直接转矩控制策略,把传统的直接转矩控制方法中用到的两个滞环调节器分别用滑模控制器来代替,以期待解决转矩和定子磁链的脉动。文章最后给出了永磁同步电动机驱动系统详细的硬件结构电路、软件流程图和采样的实验波形,结果表明,所提出的这种新颖的滑模变结构控制方法不仅有效地减小传统直接转矩控制中存在的磁链和转矩脉动,而且还保持了直接转矩控制固有的转矩快速响应的特征和对系统参数摄动、外干扰具有鲁棒性强的优点,有效地改善了系统的动、静态运行性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 永磁同步电动机的发展概况及趋势
• 1.2.1 永磁同步电动机驱动系统发展概况
• 1.2.2 永磁同步电动机驱动系统发展趋势
• 1.3 滑模变结构理论发展及应用情景
• 1.3.1 滑模变结构理论的提出
• 1.3.2 滑模变结构理论的的发展
• 1.3.3 滑模变结构理论在永磁同步电动机中的应用
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 永磁同步电动机驱动系统及直接转矩控制
• 2.1 永磁同步电动机的基本结构与类型
• 2.2 空间矢量
• 2.3 永磁同步电动机的数学模型
• 2.3.1 电压和磁链方程
• 2.3.2 转矩方程
• 2.4. 永磁同步电动机的基本控制方式
• 2.4.1 永磁同步电动机的开环控制原理
• 2.4.2 永磁同步电动机的闭环控制
• 2.5 永磁同步电动机的直接转矩控制策略
• 2.5.1 永磁同步电动机直接转矩控制的基本思想
• 2.5.2 永磁同步电动机传统的直接转矩控制系统
• 2.6 仿真分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 永磁同步电机滑模变结构直接转矩控制
• 3.1 滑模变结构控制原理
• 3.1.1 滑动模态定义及数学表达
• 3.1.2 滑模变结构控制的设计目标
• 3.2 PMSM伺服系统滑模变结构控制器的设计
• 3.2.1 滑模变结构器的设计
• 3.2.2 滑模变结构控制鲁棒性的证明
• 3.2.3 滑模变结构控制抖动减小处理
• 3.3 SVPWM控制技术
• 3.3.1 SVPWM调制原理
• 3.3.2 SVPWM的实现算法
• 3.4 系统仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 永磁同步电动机驱动系统的硬件设计
• 4.1 PMSM驱动系统整体设计
• 4.2 PMSM驱动系统主回路设计
• 4.2.1 整流桥设计
• 4.2.2 IGBT模块选择
• 4.2.3 滤波电容及预充电电路的选择
• 4.2.4 制动单元的选择
• 4.3 PMSM驱动系统控制电路设计
• 4.3.1 控制芯片
• 4.3.2 电流检测电路
• 4.3.3 转子位置/转速检测电路
• 4.3.4 IGBT驱动电路
• 4.3.5 通讯接口电路
• 4.5 本章小结
• 第5章 驱动系统的软件设计和实验结果
• 5.1 PMSM驱动系统的软件设计
• 5.1.1 开发环境和编程语言
• 5.1.2 系统控制算法总体框图
• 5.1.3 驱动系统软件流程图
• 5.2 实验结果分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士期间发表的论文目录