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基于DSP永磁同步电机高性能直接转矩控制研究

作　者: 周华伟
导　师: 刘国海
学　校: 江苏大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 面贴式永磁同步电机直接转矩控制电压矢量细分预测控制空间矢量调制磁链观测转子初始位置检测
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 765次
引　用: 3次
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内容摘要

本文研究工作围绕面贴式永磁同步电机直接转矩控制开展，主要是直接转矩控制策略研究和基于DSP TMS320F240数字实验平台的设计，并且对实验中涉及的一些问题，如磁链观测、转子初始位置观测和相电压观测等作了研究。在阐述永磁同步电机数学模型的基础上，分析了永磁同步电机直接转矩控制的机理。详细地分析了定子磁链扇区划分的原理、电压空间矢量在永磁同步电机直接转矩控制中的作用且明确了零电压矢量的作用、以及电压空间矢量选择的依据，并且分析了传统直接转矩控制的缺陷。仿真和实验验证了永磁同步电机传统直接转矩控制策略的可行性、转矩响应的快速性以及对外干扰和电机参数摄动的鲁棒性，同时实验结果表明零电压矢量在直接转矩控制中能减小转矩脉动，提高系统稳态性能。针对传统直接转矩控制策略所施加电压空间矢量数目有限导致转矩脉动大的缺陷，提出了基于电压矢量细分的永磁同步电机直接转矩控制策略。利用定子磁链扇区细分和电压矢量细分来减小磁链位置观测误差及磁链和转矩补偿误差，从而抑制转矩和磁链脉动。仿真和实验验证了该控制策略的可行性，提高了系统的稳态性能，同时保留了系统的鲁棒性。针对传统直接转矩控制定子磁链位置观测误差而导致转矩脉动大的缺陷，提出了基于新型区域电压矢量表的永磁同步电机直接转矩预测控制策略。利用预测控制的方法，根据磁链和转矩误差选择任意相位和幅值的电压空间矢量，从而减小转矩脉动，同时该控制策略避免了定子磁链所在扇区的确定，同时保留了系统原有的鲁棒性。仿真和实验验证了该控制策略的可行性，同时在保留系统原有优良性能的同时提高了系统的稳态性能。在分析了系统转矩脉动根本原因的基础上，提出了基于定子磁链自适应预测控制的永磁同步电机直接转矩控制策略。利用定子磁链自适应预测控制的基本原理，从根本上彻底补偿转矩和磁链误差，从而抑制转矩和磁链脉动。仿真和实验验证了该控制策略的有效性和可行性，且提高了系统的稳态性能。

全文目录

第一章绪论  12-18
  1.1 引言  12-14
    1.1.1 永磁同步电机的概况  12
    1.1.2 交流调速的概况  12-14
  1.2 永磁同步电机直接转矩控制策略研究现状  14-16
  1.3 本文的研究目的和意义  16-17
  1.4 本文的研究内容和工作目标  17-18
第二章永磁同步电机数学模型  18-27
  2.1 永磁同步电机在静止坐标系中的数学模型  18-23
    2.1.1 永磁同步电机在三相静止坐标系中的数学模型  19-20
    2.1.2 永磁同步电机在两相静止坐标系中的数学模型  20-23
  2.2 永磁同步电机在两相旋转坐标系中的数学模型  23-25
  2.3 标么值系统的选取  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第三章永磁同步电机直接转矩控制策略研究  27-49
  3.1 永磁同步电机直接转矩控制原理  27-30
  3.2 永磁同步电机直接转矩控制中电压矢量的作用  30-35
    3.2.1 电压空间矢量的生成  30
    3.2.2 电压空间矢量对定子磁链幅值的控制作用  30-31
    3.2.3 零电压矢量对定子磁链幅值的控制作用  31-32
    3.2.4 电压空间矢量对转矩的控制作用  32-34
    3.2.5 零电压矢量对转矩的控制作用  34-35
  3.3 永磁同步电机直接转矩控制中磁链分区及电压矢量开关表的确定  35-39
    3.3.1 磁链分区的选择与实现  35-36
    3.3.2 电压矢量开关表的选择与实现  36-38
    3.3.3 含零电压矢量的新型开关表的选择与实现  38
    3.3.4 永磁同步电机直接转矩控制系统的数字化实现  38-39
  3.4 永磁同步电机直接转矩控制调速系统仿真研究  39-44
    3.4.1 不含零电压矢量的传统直接转矩控制系统性能分析  40-43
    3.4.2 两种控制策略下系统稳态性能比较分析  43-44
    3.4.3 两种控制策略下系统动态性能比较分析  44
  3.5 永磁同步电机直接转矩控制的实验验证  44-48
    3.5.1 两种控制策略下系统稳态性能比较分析  44-48
    3.5.2 两种控制策略下系统动态性能比较分析  48
  3.6 本章小结  48-49
第四章基于电压矢量细分的永磁同步电机直接转矩控制策略研究  49-64
  4.1 电压空间矢量细分  49-51
    4.1.1 电压矢量合成原理  49-50
    4.1.2 十二电压矢量的生成  50-51
  4.2 磁链分区及电压矢量开关表的确定  51-54
    4.2.1 磁链扇区划分原理  51-52
    4.2.2 电压矢量开关表的确定  52-53
    4.2.3 含零电压矢量的新型电压矢量开关表的确定  53-54
  4.3 两种方法的仿真研究及其与PMSM传统直接转矩控制的比较分析  54-58
    4.3.1 稳态性能分析与验证  55-57
    4.3.2 动态性能分析与验证  57-58
  4.4 实验验证  58-62
    4.4.1 稳态性能比较分析  58-62
    4.4.2 动态性能比较分析  62
  4.5 本章小结  62-64
第五章基于新型区域电压矢量表的永磁同步电机直接转矩预测控制策略研究  64-74
  5.1 新型转矩和磁链区域电压矢量表  64-66
  5.2 磁链和转矩预测控制算法  66-68
    5.2.1 电压矢量相位确定依据  66-67
    5.2.2 电压矢量幅值确定依据  67-68
  5.3 仿真研究  68-70
    5.3.1 稳态性能分析  68-70
    5.3.2 动态性能分析  70
  5.4 实验验证  70-73
    5.4.1 稳态性能分析  70-72
    5.4.2 动态性能分析  72-73
  5.5 本章小结  73-74
第六章基于定子磁链自适应预测控制的永磁同步电机直接转矩控制策略研究  74-82
  6.1 定子磁链自适应预测控制理论  74-77
    6.1.1 定子磁链自适应预测控制理论  75-76
    6.1.2 电压空间矢量生成  76-77
  6.2 定子磁链自适应预测控制仿真研究及其与传统DTC的比较分析  77-79
    6.2.1 稳态性能分析  77-78
    6.2.2 动态性能分析  78-79
  6.3 实验验证  79-81
    6.3.1 稳态性能分析  80
    6.3.2 动态性能分析  80-81
  6.4 本章小结  81-82
第七章永磁同步电机直接转矩控制交流调速系统的实现  82-95
  7.1 永磁同步电机直接转矩控制交流调速系统的硬件设计  82-86
    7.1.1 主回路电路  82-83
    7.1.2 采样电路  83-84
    7.1.3 IPM驱动及隔离  84-85
    7.1.4 故障检测及保护电路  85-86
    7.1.5 电源设计  86
  7.2 永磁同步电机直接转矩控制交流调速系统的软件设计  86-87
  7.3 转子初始位置检测  87-89
    7.3.1 利用绝对式编码器确定转子初始位置  88-89
    7.3.2 转子位置预定位  89
  7.4 定子磁链观测  89-91
    7.4.1 定子磁链观测误差因素分析  89-90
    7.4.2 纯积分器加高通滤波器构成准积分磁链观测器  90-91
  7.5 PI控制的数字实现  91-92
  7.6 相电压观测  92-94
  7.7 本章小结  94-95
第八章总结与展望  95-98
  8.1 本文的主要工作  95-96
  8.2 进一步工作的设想  96-98
参考文献  98-104
附录永磁同步电机参数  104-105
致谢  105-106
攻读硕士学位期间发表论文  106

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