永磁同步电动机直接转矩控制系统关键技术的研究

论文摘要

1995年ABB公司成功研制出了应用于感应电机的直接转矩变频器ACS600,其在工业领域得到了广泛的应用。但目前直接转矩控制技术在永磁同步电机中的应用,仍存在许多问题。本文针对永磁同步电动机直接转矩控制系统中的关键问题:定子磁链观测与系统转矩脉动做了深入的研究。论文包括以下内容:首先,论文针对磁链估算采用电压模型法时积分器所存在的积分值与初值相关以及对直流误差积累作用的问题,讨论了两种改进方法:一种为串联一阶低通滤波器法,另一种为改进型自适应积分器法。并且对电压模型中的电机参数——定子电阻由于温度等原因造成的变化量,给出了一种采用PI调节器的补偿方法。其次,针对传统的直接转矩控制中由于采用了滞环比较控制策略而存在转矩脉动大的缺陷,在深入分析永磁同步电机直接转矩控制系统运行机理及其转矩脉动产生原因的基础上,提出了在系统中引入模糊控制理论,使用模糊控制器代替滞环比较器的控制策略,以减小转矩脉动。在此基础上对传统的六区段扇区在扇区交界段易出现错误的电压矢量选择的问题,提出了一种十二区段扇区的模糊控制器,进一步优化了转矩特性。最后,搭建了基于TI公司TMS320F2812 DSP的实验平台,编写了软件程序模块,构造出一套永磁同步电机直接转矩实验系统。通过实验分析验证了上述控制策略的正确性与有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 PMSM DTC 控制系统研究现状
• 1.2.1 PMSM DTC 控制系统的发展
• 1.2.2 国内外已经取得的研究成果
• 1.2.3 PMSM DTC 系统中的关键技术
• 1.2.4 模糊控制应用于PMSM DTC 控制系统
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 PMSM DTC 系统工作原理及定子磁链观测方法
• 2.1 引言
• 2.2 PMSM DTC 系统工作原理
• 2.2.1 系统数学模型
• 2.2.2 定子电压矢量选择方法
• 2.2.3 定子磁链的运行特点
• 2.2.4 永磁同步电机DTC 控制的适用范围
• 2.3 定子磁链观测技术的分析及改进
• 2.3.1 一阶低通滤波器法
• 2.3.2 串联一阶低通滤波器法
• 2.3.3 带有定子电阻补偿的改进积分器法
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于模糊控制器的PMSM DTC 系统转矩脉动抑制
• 3.1 引言
• 3.2 影响系统转矩脉动的因素
• 3.2.1 滞环比较器转矩脉动分析
• 3.2.2 零矢量对转矩脉动的影响
• 3.3 基于模糊控制器的转矩脉动抑制控制策略
• 3.3.1 六扇区模糊控制器的设计
• 3.3.2 基于十二扇区的模糊控制器设计
• 3.3.3 两种模糊控制器的转矩脉动对比分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 永磁同步电机直接转矩控制系统的设计与实验分析
• 4.1 引言
• 4.2 PMSM DTC 系统硬件平台设计
• 4.2.1 TM5320C28x 系列简介
• 4.2.2 AD 采样电路设计
• 4.2.3 系统硬件实物图
• 4.3 PMSM DTC 系统软件设计
• 4.3.1 系统主程序设计
• 4.3.2 模糊控制模块程序设计
• 4.3.3 定子磁链观测模块程序设计
• 4.4 PMSM DTC 系统实验分析
• 4.4.1 磁链观测器实验分析
• 4.4.2 转矩脉动的实验分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢