永磁同步电机控制器半物理仿真系统的研究

论文摘要

随着科学技术的发展,永磁同步电机应用越来越广泛。永磁同步电机的特性是固定的,但永磁同步控制器算法是多样的,因此,研究永磁同步电机控制器的半物理仿真,具有重要的现实意义。本文所研究的永磁同步电机的半物理仿真系统不同于传统的基于MATLAB的半物理仿真系统,它可以完全独立于MATLAB之外运行,全文主要分为四大部分,主要内容如下：第一部分,建立永磁同步电机伺服系统的总体构架,分析了电机的结构及数学模型,阐述了空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术的理论基础及其波形的产生机制。第二部分,首先,完成了永磁同步电机的数学模型,并通过Matlab/Simulink生成动态连接库文件。其次,通过C#调用动态连接库PMSM.DLL文件实现数学模型与C#应用程序的通信。再次,通过C#编写HID设备的通信界面,实现PC机与HID设备的通信。最终,通过联编实现数学模型与HID设备的通信。第三部分,本论文中的半物理仿真体系的关键环节是信号转换器。该信号转换器采用USB的HID设备以实现实时传递各种参数,并且根据状态信号和控制信号的特点,设计了多路的数模和模数的转换通道；并针对转速等脉冲信号专门设计了脉冲发生和捕获通道,最后完成了主要模块的测试和验证。第四部分,完成了永磁同步电机伺服系统的软件平台设计。将整个软件系统进行了模块化的设计,这有利于对整个软件系统进行管理；重点阐述了FOC磁场定向控制算法的实现方案；设计了电流环和速度环的PID调节,给出了速度反馈的计算方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及目的
• 1.2 国内外研究状况
• 1.3 论文的主要研究内容和论文的章节安排
• 第二章 PMSM伺服系统半物理仿真体系
• 2.1 PMSM伺服系统半物理仿真体系
• 2.2 PMSM伺服系统半物理仿真用户界面（UI）的设计
• 2.3 信号转换器的设计
• 2.4 PMSM伺服系统控制器的设计
• 本章小结
• 第三章 永磁同步电机的矢量控制
• 3.1 永磁同步电机的数学模型
• 3.2 矢量控制
• 3.3 矢量控制的思路与实现
• 3.4 空间矢量脉宽调制（SVPWM）的实现
• 本章小结
• 第四章 PMSM伺服系统半物理仿真环境的设计
• 4.1 PMSM模型参数与C#（UI）中参数的数据通信的实现
• 4.2 PC机USB2.0的HID设备通信的实现
• 4.3 PMSM伺服系统控制信号监测的实现
• 本章小结
• 第五章 半物理仿真系统中信号转换器的实现
• 5.1 信号转换器的硬件总体设计
• 5.2 信号转换器的主要模块设计
• 5.3 其它功能模块
• 5.4 软件实现
• 5.5 硬件抗干扰性的设计
• 本章小结
• 第六章 永磁同步电机控制器的软件实现
• 6.1 系统软件的整体结构框架及其说明
• 6.2 系统程序及其流程图
• 本章小结
• 结论与展望
• 论文主要完成的工作
• 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢