基于IRMCF341的永磁同步电机控制系统研究

论文摘要

永磁同步电动机无需励磁电流,运行效率和功率密度都很高,但它的高性能控制需要精确的转子位置和速度信号去实现磁场定向。在传统的永磁同步电动机运动控制系统中,通常采用光电编码器或旋转变压器来检测转子的位置和速度。然而,这些传感器增加了系统的成本,并且降低了系统的可靠性。因此,取消这些装置以提高系统的可靠性并降低成本的研究逐渐热门。IRMCF341是国际整流器公司开发的一款内部包含无位置传感器控制算法的单芯片控制器。本文研究了该芯片内部所包含的无位置传感器转子位置估算方法,并将该芯片应用于永磁同步电机的驱动控制系统。本文围绕着以IRMCF341芯片为核心的永磁同步电机驱动控制器的设计,展开了以下工作:1)深入分析了不同坐标系下永磁同步电机的数学模型和相互转换方法。介绍了永磁同步电机的矢量控制原理和电压空间矢量调制技术。2)提出了转子磁链计算和锁相环相结合的转子位置估算方法。首先通过定子电压和定子电流计算定子磁链。然后将定子磁链引入锁相环得到电机定子角位置和角速度的估计值。针对计算过程中的直流偏移和参数变化问题提出了改进算法和误差校正器。并对本系统采用的三段式起动策略进行了深入分析。3)设计了基于IRMCF341的永磁同步电机驱动控制系统,建立实验平台。通过系统调试达到了设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及选题意义
• 1.2 永磁同步电机控制方法及研究现状
• 1.3 无位置传感器技术国内外研究现状
• 1.4 课题的来源及主要研究内容
• 第2章 永磁同步电机结构及控制方法
• 2.1 永磁同步电机的结构与分类
• 2.2 永磁同步电机数学模型
• 2.2.1 永磁同步电机静止三相坐标系（abc）模型
• 2.2.2 静止三相坐标系（abc）到静止两相坐标系（α-β）变换
• 2.2.3 两相静止坐标系（α-β）到两相旋转坐标系（d-q）变换
• 2.3 永磁同步电机的磁场定向控制
• 2.3.1 永磁同步电机的矢量控制策略
• 2.3.2 电压空间矢量脉宽调制技术
• 2.4 本章小结
• 第3章 永磁同步电机无位置传感器控制方法的研究
• 3.1 转子磁链的确定方法
• 3.2 转子角度的确定
• 3.2.1 锁相环原理
• 3.2.2 转子位置和速度的估算
• 3.2.3 电机参数变化对估计误差的影响及补偿
• 3.3 永磁同步电机起动
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于IRMCF341 的硬件设计
• 4.1 IRMCF341 简介
• 4.2 系统主要电路硬件设计
• 4.2.1 主控电路
• 4.2.2 功率驱动电路
• 4.2.3 系统保护电路
• 4.3 低成本的电流采样策略
• 4.4 本章小结
• 第5章 实验结果及分析
• 5.1 实验系统组成
• 5.2 实验流程
• 5.3 测算波形及分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢