提高永磁同步电动机调速系统性能方法研究

论文摘要

永磁同步电动机以其体积小、重量轻、功率密度大、低速输出转矩大、效率高、维护简单等优点受到了电机驱动系统研发人员的高度重视。本论文将结构简单、动态响应快的直接转矩控制方式应用到永磁同步电动机调速系统中,并对转矩调节、磁链观测、弱磁控制等问题进行了具体深入的研究,为提高永磁同步电动机驱动系统的性能奠定了基础。 首先在对永磁同步电动机数学模型分析的基础上,阐明了直接转矩控制方法在永磁同步电动机中应用的理论依据,为全文的分析奠定了基础。为解决圆形磁链轨迹对功率器件高开关频率的要求,以及滞环宽度值依据经验设定带来的开关频率和转矩脉动之间的矛盾,同时为使本文所研究的永磁同步电动机调速方法能顺利地应用到下一步即将开展的大功率机车牵引系统中,本文从开关频率优化和电压空间矢量合理选择两个方面提出了一种新的转矩调节方法:通过逆变器开关频率PI调节得到转矩滞环比较器的滞环宽度值。这样在充分利用功率器件开关频率的同时不仅克服了圆形磁链轨迹对功率器件高开关频率要求的缺陷,而且克服了在转速变化过程中采用固定滞环宽度值带来的功率器件开关频率波动范围大及由此造成低速转矩调节性能下降的缺陷;同时论文通过对零电压空间矢量对转矩调节作用的分析,针对零电压空间矢量的特点,为降低系统低速稳态运行时的转矩脉动,并且保证瞬态运行时转矩的快速响应,提出了在永磁同步电动机低速稳态运行时选用零电压空间矢量减小转矩,而在低速瞬态运行时选用有效电压空间矢量来减小转矩的转矩调节方法,该方法在保证系统响应速度的同时减小了系统平均转矩脉动。 定子磁链的准确观测是实现高性能直接转矩控制系统的重要环节之一。一方面定子磁链影响着空间电压矢量的选择,即可能由于观测误差无法准确判定磁链所在的扇区;另一方面磁链的观测误差可能造成控制策略失误,影响转矩

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 永磁同步电动机调速系统的发展概况
• 1.1.1 永磁同步电动机的发展概况
• 1.1.2 永磁同步电动机的结构及特点
• 1.1.3 永磁同步电动机的应用
• 1.1.4 永磁同步电动机调速方法的发展概况
• 1.2 先进控制策略在永磁同步电动机调速系统中的应用
• 1.3 论文主要工作
• 第2章 直接转矩控制方法在永磁同步电动机中应用
• 2.1 引言
• 2.2 永磁同步电动机的数学模型
• 2.3 永磁同步电动机直接转矩控制系统
• 2.3.1 直接转矩控制方法在永磁同步电动机中应用的理论依据
• 2.3.2 永磁同步电动机直接转矩控制系统的实现
• 2.3.3 永磁同步电动机直接转矩控制系统的特点分析
• 2.4 基于开关频率优化和零电压空间矢量合理选用的转矩调节方法
• 2.4.1 六边形磁链轨迹的引入
• 2.4.2 滞环宽度PI调节器
• 2.4.3 定子电流谐波的处理
• 2.4.4 系统低速运行时电压空间矢量的合理选用
• 2.4.5 永磁同步电机直接转矩控制系统转矩调节新方法效果分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 永磁同步电动机直接转矩控制系统定子磁链观测方法研究
• 3.1 引言
• 3.2 基于改进型积分器的永磁同步电动机直接转矩控制
• 3.2.1 采用纯积分器观测定子磁链存在的缺陷
• 3.2.2 改进型积分器的结构及其响应
• 3.2.3 基于改进型积分器的永磁同步电动机直接转矩控制系统
• 3.2.4 改进型积分器在应用过程中存在的缺陷
• 3.2.5 基于改进型积分器的改造方案
• 3.3 基于全维状态观测器的定子磁链自适应观测
• 3.3.1 定子磁链全维状态观测器的结构
• 3.3.2 线性反馈增益G的选取
• 3.3.3 基于定子磁链全维状态观测器系统的实现
• 3.3.4 基于模型参考自适应的永磁同步电动机定子磁链观测
• 3.4 基于永磁同步电动机混合模型的磁链闭环观测方法
• 3.4.1 永磁同步电动机的混合模型磁链闭环观测器
• 3.4.2 混合模型磁链闭环观测器的结构及性能分析
• 3.4.3 混合模型磁链闭环观测方法与磁链全维状态观测器对比
• 3.5 几种定子磁链观测模型的综合分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 永磁同步电动机直接转矩控制的弱磁控制
• 4.1 引言
• 4.2 永磁同步电动机弱磁控制方法的发展概况
• 4.2.1 从改进控制方法角度提高永磁同步电动机的弱磁能力
• 4.2.2 从电机结构设计提高永磁同步电动机的弱磁能力
• 4.3 永磁同步电动机直接转矩控制弱磁控制的实现
• 4.3.1 永磁同步电动机的弱磁原理
• 4.3.2 永磁同步电动机直接转矩弱磁控制的实现
• 4.4 考虑电机参数变化的永磁同步电动机的弱磁控制
• 4.4.1 电机参数变化对于弱磁性能的影响
• 4.4.2 基于转矩模糊控制器的永磁同步电动机弱磁控制
• 4.5 基于最大输出转矩的永磁同步电动机弱磁控制方法研究
• 4.5.1 永磁同步电动机在不同弱磁工作区最大输出转矩的条件
• 4.5.2 基于最大输出转矩控制的永磁同步电动机弱磁控制
• 4.5.3 最大转矩控制的效果
• 4.6 电机参数对永磁同步电动机弱磁性能的影响
• 4.6.1 标么值的定义
• 4.6.2 电机参数对于永磁同步电动机弱磁性能的影响
• 4.7 本章小结
• 第5章 永磁同步电动机直接转矩控制实验系统
• 5.1 引言
• 5.2 实验系统总体结构
• 5.3 实验系统硬件结构
• 5.3.1 数字信号处理器
• 5.3.2 电流信号A／D转换
• 5.3.3 永磁同步电动机转速的检测
• 5.3.4 永磁同步电动机位置信号处理
• 5.4 实验系统软件结构
• 5.4.1 系统采样周期的确定
• 5.4.2 角度测量误差的补偿
• 5.4.3 主程序
• 5.4.4 中断程序
• 5.5 实验结果
• 5.6 本章小结
• 总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士期间发表与论文相关的文章目录