永磁同步电动机矢量控制系统的研究

论文摘要

自80年代以来,永磁同步电动机的控制系统得到了迅猛的发展,永磁同步电动机也越来越多在各种工业控制场合得到了广泛的应用。永磁同步电动机相对于交流异步电动机有以下一些优点:(1)效率高;(2)起动力矩大,过载能力强;(3)功率因数高。在高精度和高性能的伺服驱动系统中,永磁同步电动机的控制系统已经逐步地取代了直流控制系统而成为了主流。并且在一般的传动系统中,永磁同步电动机控制系统也有取代其它电动机控制系统的趋势。本课题的主要内容是研制一种工业用的永磁同步电动机控制系统,使该控制系统在一些场合能取代交流异步电动机及其变频器。本文介绍了永磁同步电动机控制系统的组成及永磁同步电动机的数学模型,分析了永磁同步电动机矢量控制系统的原理和特点,选取了基于id = 0转子磁链定向矢量控制的方案,设计了基于PI控制的电流环、转速环。在此基础上,构建了以MC56F8323为核心的永磁同步电动机驱动器的硬件系统,对空间电压矢量调制(SVPWM)的方法和PI控制器的设计方法做了比较详细的阐述,并给出了软件实现方案。在实际搭建的硬件和软件实验平台上,对系统进行了调试和性能测试,通过认真的分析并反复的调整控制参数,得到了电流波形和电机运转曲线,证明了该方案的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出和意义
• 1.2 永磁同步电动机控制系统的发展和现状
• 1.2.1 交流永磁同步电动机控制系统
• 1.2.2 交流永磁同步电动机控制系统的发展
• 1.2.3 交流永磁同步电动机控制系统的现状
• 1.3 永磁同步电动机概述
• 1.3.1 永磁同步电动机的种类
• 1.3.2 永磁同步电动机的特点
• 1.4 本文研究工作及论文内容安排
• 第2章 永磁同步电动机控制系统控制策略分析
• 2.1 永磁同步电动机控制系统组成
• 2.2 永磁同步电动机数学模型
• 2.2.1 坐标变换
• 2.2.2 永磁同步电动机在三相静止坐标系下的电压和磁链方程
• 2.2.3 永磁同步电动机在dq 坐标系下的电压和磁链方程
• 2.2.4 永磁同步电动机在dq 坐标系下的转矩方程
• 2.2.5 永磁同步电动机的机械运动方程
• 2.3 永磁同步电动机的矢量控制策略
• 2.4 永磁同步电动机控制系统的控制环路设计
• 2.4.1 永磁同步电动机控制系统的数学模型分析
• 2.4.2 基于PI 控制的电流环的设计
• 2.4.3 基于PI 控制的速度环的设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 永磁同步电动机控制系统硬件设计
• 3.1 主电路硬件结构
• 3.2 智能功率模块及其使用方法
• 3.2.1 智能功率模块的概述
• 3.2.2 智能功率模块的使用方法
• 3.3 基于DSP 的电路设计
• 3.3.1 DSP MC56F8323 的介绍
• 3.3.2 电流信号采样电路
• 3.3.3 位置信号采样电路
• 3.3.4 DSP 电源设计电路
• 3.4 面板的设计
• 3.4.1 键盘控制逻辑设计
• 3.4.2 显示电路
• 3.4.3 存储电路
• 3.5 本章小结
• 第4章 永磁同步电动机控制系统软件设计
• 4.1 控制系统框架
• 4.2 控制系统的软件设计及其实现
• 4.2.1 控制系统软件的总体设计
• 4.2.2 控制系统的测速方法
• 4.2.3 PID 调节器的原理及其软件实现
• 4.3 本章小结
• 第5章 永磁同步电动机控制系统实验
• 5.1 实验仪器介绍
• 5.2 实验波形测试
• 5.3 电动机运转特性曲线测试
• 5.4 实验经验总结
• 5.5 实验结果分析
• 第6章 全文总结和工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文