永磁同步电机的无传感矢量控制

论文摘要

本文以永磁同步电机及其控制系统为研究对象。在永磁同步电机的原理与特性分析基础上,分析与构建了正弦波式永磁同步电机(SPMSM)的数学模型。对永磁同步电机的定子电流、定子电压、转子磁链进行了公式推导,从而进一步得出永磁同步电机的转矩方程和运动方程。通过坐标变换实现对永磁同步电机的解耦,将定子电流分解成互相垂直的励磁分量和转矩分量。通过对励磁分量和转矩分量的分别控制以达到控制电机的转速和输出转矩,达到如控制直流电机一般的效果。文中PMSM控制系统将基于磁场定向原理(FOC)的矢量控制与基于滑模变结构(SMC)的自适应控制相结合,在SVPWM控制基础上,采用无位置和无速度传感器控制技术。对无位置传感器算法进行了较为全面的介绍和分析,通过探讨,选用了鲁棒性能较强的滑模控制算法。文中介绍并改进了一种基于滑模算法的状态观测器,观测器根据定子侧可测的电流、电压值估算出磁场定向控制所需要的位置信息和转速控制器的输入反馈转速信息。本文在对系统特征以及控制策略分析的基础上进行了实验验证,进行了系统硬件和软件方面的设计。硬件主要包括电源部分、芯片及其外围接口电路部分、IPM功率模块部分、反电动势回路部分、处理器采用dsPIC30F。软件部分包括滑模控制算法模块、转子位置和速度的估计、矢量坐标变换及SVPWM实现模块、PI控制模块。实验结果与理论相符,验证了控制策略的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.2 同步电动机调速系统发展概况与趋势
• 1.2.1 电力电子技术的发展
• 1.2.2 控制理论的发展
• 1.2.3 数字控制器的发展
• 1.3 同步电动机调速系统的分类及特点
• 1.3.1 同步电动机调速系统的分类
• 1.3.2 永磁同步电动机的特点及应用
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 永磁同步电机矢量控制
• 2.1 PMSM 数学模型
• 2.2 PMSM 的矢量控制策略
• 2.2.1 磁场定向控制
• 2.2.2 坐标正变换
• 2.2.3 PI 控制
• 2.2.4 坐标逆变换
• 2.2.5 空间矢量调制
• 2.3 本章小结
• 第3章 PMSM矢量控制调速系统硬件构成
• 3.1 基于dsPIC30F2010 的系统实验平台
• 3.2 控制系统硬件构成
• 3.2.1 dsPIC30f2010 芯片部分
• 3.2.2 电源部分
• 3.2.3 IPM 功率模块部分
• 3.3 本章小结
• 第4章 PMSM矢量控制调速系统软件构成
• 4.1 电机的位置估计
• 4.2 电机的速度估计与角度补偿
• 4.3 SVPWM 输出的软件实现
• 4.4 流程图
• 4.5 本章小结
• 第5章 实验结果分析
• 5.1 电流实验波形分析
• 5.2 反电势实验波形分析
• 5.3 SVPWM 实验波形分析
• 5.4 转子位置实验波形分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢