定子电流定向控制及其运动特性的研究

论文摘要

随着现代科技的进步,近几十年来,微电子技术、计算机技术以及电力电子技术的飞速发展为交流电气传动控制的进步提供了技术保障;而控制理沦的发展则为人们制定先进的交流异步电机控制策略提供了理论依据。按转子磁链定向的矢量控制和按定子磁链定向的直接转矩控制的广泛应用,使交流传动控制系统逐步占主导地位。矢量控制和直接转矩控制的核心是控制磁链,然而对于交流电机而言定、转子磁链都是中间量,真正决定异步机性能的是定子磁势(电流)。本文抛开这些控制中间量直接控制定子电流,提出定子电流定向控制策略。定子电流定向控制系统吸取转差频率控制同步角度的求解方法确定定子电流d轴分量的旋转角度;遵循矢量控制的思想,将定子电流分解为两相分别进行控制;借鉴直接转矩控制中的以改变角度为主要手段来实现转矩阶跃变化的方法。在控制过程中同时调整其定子电流的幅值和位置,不刻意追求磁链幅值的恒定,和电流转矩一样在限制最大值的前提下,动态调整磁链,实现了转矩的快速响应,提高了系统效率。本论文在电流定向控制理论的指导下,设计了基于单结构电流模型的控制系统结构,以定子电流为控制对象,分析了定子电流定向控制的转矩特性。针对PMSM的研究现状,在分析PMSM的结构、种类、和磁路特性的基础上,推导出PMSM定子电流定向控制的理论基础,并且在低速运行的状态下进行系统仿真研究。利用TI公司生产的TMS320LF2407A芯片设计了永磁同步电动机位置控制系统的硬件电路,通过仿真和实验证明,定子电流定向控制带大惯性负载的控制优势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1-1 电力电子、微电子技术与交流电气传动控制
• 1-1-1 电气传动的发展趋势
• 1-1-2 电力电子技术的发展
• 1-1-3 PWM（脉宽调制）技术
• 1-2 交流异步电动机的控制策略简介
• 1-2-1 速度开环恒压频比控制
• 1-2-2 转差频率控制
• 1-2-3 矢量控制
• 1-2-4 直接转矩控制
• 1-3 本论文的研究背景及主要成果
• 第二章 交流异步电机数学模型
• 2-1 三相异步电机的基本数学模型
• 2-1-1 三相交流异步电机工作原理
• 2-1-2 三相异步电机的多变量非线性数学模型
• 2-2 坐标的数学变换
• 2-2-1 坐标变换的基本思路与原则
• 2-2-2 变换矩阵及关系式
• 2-3 转子磁链定向时异步机模型
• 2-4 定子磁链定向时异步机模型
• 2-5 定子电流定向时异步机模型
• 2-5-1 电压方程
• 2-5-2 转矩特性
• 2-6 本章小结
• 第三章 交流异步电动机基于定子电流定向的新型控制策略
• 3-1 三种常用的控制策略
• 3-1-1 变压变频的转差频率控制系统
• 3-1-2 矢量控制系统
• 3-1-3 直接转矩控制系统
• 3-2 定子电流定向控制策略
• 3-2-1 定子电流定向控制系统的结构
• 3-2-2 定子电流定向控制策略实现的物理基础
• 3-3 本章小结
• 第四章 永磁同步电机的定子电流定向控制策略
• 4-1 永磁同步电机的结构、种类及应用
• 4-1-1 永磁同步电机的结构
• 4-1-2 永磁同步电机的种类
• 4-1-3 永磁同步电机的磁路特点
• 4-1-4 永磁同步电机的应用
• 4-2 永磁同步电机的定子电流定向控制的理论基础
• 4-3 永磁同步电机相关策略的比较研究
• 4-3-1 永磁同步电机的矢量控制
• 4-3-2 永磁同步电机的直接转矩控制
• 4-4 PMSM 定子电流定向控制的仿真系统设计
• 4-5 本章小结
• 第五章 交流电机定子电流定向控制系统的硬件设计
• 5-1 控制系统的设计
• 5-1-1 控制部分硬件设计
• 5-1-2 功率部分硬件设计
• 5-2 系统实验
• 5-2-1 实验机组
• 5-2-2 仿真和实验结果
• 5-3 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的科研成果