永磁同步电机控制器改良算法的实现与设计

论文摘要

随着人们的环保意识越来越强,大家对新能源开发技术的重视也是与日俱增,因为这关乎到整个人类可持续发展问题。在这样一种背景下,电动汽车开发前景也就显得前途光明,本文就是在电动汽车开发技术上进行了一次探讨,以和大家共勉。本文结构共分为七章,第一章介绍了电机控制技术的意义和发展趋势；第二章介绍了电动机原理及等效数学模型；第三章介绍了电动机的控制算法设计及simulink仿真模型；第四、五章分别介绍了如何从软、硬件上对整个系统实现；第六章介绍了实践中的调试过程及实验结果；第七章概括本系统所达到的控制效果。本文所采用的是一种基于永磁同步电机无位置传感器的电动汽车控制器的设计方案。在控制算法上,采用了磁链估计算法实现电机无位置传感器控制(根据反馈的电压和电流来估算电机转子的位置和转速)、空间矢量脉宽调制算法、三段式低速启动策略等控制算法。由于本文对电流反馈信号采用了一种单电阻采样方式,在对采样电流信号进行积分时存在直流偏移,会导致较大的信号误差,因此本文对于在电动汽车上实现无位置传感器控制算法进行了一些改进。硬件上,采用以国际整流公司的电机专用控制芯片IRMCF341为主控芯片,信号驱动上以三个IR21864为驱动芯片所组成的三个半桥的驱动方式来驱动电机的三相输出；此外,由于本系统的输出功率较大,达到了2—3kW,很难找到符合要求的功率模块,所以采用了以IRFP4321为分立元件组成逆变器的控制方式来达到功率输出的要求。实验结果表明,该系统可在电机调速范围内进行高精度的速度和力矩控制,具有良好的动静态性能绪论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 论文选题的意义
• 1.2 运动控制系统的发展过程和趋势
• 1.3 永磁电机的发展概述
• 1.4 本文所完成工作
• 2 永磁同步电机控制原理
• 2.1 永磁同步电机的动态数学模型及控制策略
• 2.1.1 永磁同步电机定子三相坐标系模型
• 2.1.2 永磁同步电机转子dq轴坐标系模型
• 2.1.3 永磁同步电机的矢量控制策略
• 2.2 矢量变换控制原理
• 2.2.1 矢量变换控制的构思
• 2.2.2 三相—两相变换（3/2变换）
• 2.2.3 两相—两相旋转变换（2s/2r变换）
• 3 永磁同步电机控制算法设计
• 3.1 无位置传感器算法的优势
• 3.2 PWM调制算法
• 3.2.1 正弦波脉宽调制算法（SPWM）
• 3.2.2 空间电压矢量脉宽调制算法（SVPWM）
• 3.2.3 采用三相变频电源供电时空间电压矢量的实现
• 3.2.4 SVPWM控制算法详解
• 3.3 无位置传感器算法设计
• 3.3.1 转子磁通及角度的确定
• 3.3.2 低速时电机启动方法
• 3.4 系统的Simulink仿真实现
• 3.4.1 速度环、电流环控制及PI参数整定
• 3.4.2 输入信号的Park、Clark变换
• 3.4.3 空间脉宽矢量控制（SVPWM）算法的仿真
• 3.4.4 仿真结果分析
• 4 系统软件设计
• 4.1 系统软件控制平台
• 4.1.1 主控芯片IRMCF341
• 4.1.3 参数调试平台MCEDesigner
• 4.1.4 参数配置平台MCE Wizard
• 4.2 软件系统层次设计
• 4.2.1 内核控制流程设计
• 4.2.2 人机交互软件设计
• 4.2.3 主芯片寄存器访问机制
• 5 系统硬件设计
• 5.1 主控电路设计
• 5.1.1 主控芯片及外围电路
• 5.1.2 高精度电流反馈电路设计
• 5.1.3 过压、欠压反馈保护电路
• 5.1.4 过流动态保护电路
• 5.2 驱动电路设计
• 5.2.1 驱动芯片的选型
• 5.2.2 自举电路设计
• 5.2.3 逆变器电路
• 5.3 电源电路设计
• 5.3.1 UC2843工作原理
• 5.3.2 变压器的设计
• 6 系统调试及总结
• 6.1 弱电调试
• 6.1.1 调试步骤
• 6.1.2 软硬件的启动
• 6.2 强电调试
• 6.2.1 强电调试步骤
• 6.2.2 速度环调试
• 6.2.3 电流环调试
• 6.3 调试经验总结
• 7 结束语
• 7.1 研究结果分析
• 7.2 系统的不足之处
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文情况和参加的科研项目