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异步电机的数字化矢量控制

作　者: 潘景鹏
导　师: 庄海
学　校: 大连理工大学
专　业: 电机与电器
关键词: 异步电机间接磁场定向矢量控制模型参考自适应
分类号: TM343
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着社会生产力的发展,针对异步电机的交流调速技术尤其是矢量控制技术的研究越来越重要。为了实现异步电机的数字化矢量控制,本文对基于转子磁场定向的矢量控制技术进行了研究,研究内容包括带速度传感器的是矢量控制和无速度传感器的矢量控制。在控制策略方面,本文使用间接磁场定向矢量控制技术对异步电机进行调速控制,并使用基于电流模型的转子磁链观测器对磁链进行观测。对于无速度传感器的矢量控制,本文采用基于模型参考自适应的无速度传感器矢量控制,以改进型的电压模型为参考模型,以电流模型为可调模型,构成自适应控制。仿真方面,本文使用PSIM9.0软件对两种数字化方案进行了建模仿真,主要包括SVPWM计算环节的设计、功率逆变环节的搭建、电流电压信号的采集以及PI调节环节的设计,实验表明带速度传感器的矢量控制能够获得完美的控制性能,无速度传感器的矢量控制能够成功估算电机的速度并具有一的工程使用价值。硬件设计方面,本文使用TI公司目前性价比较高的浮点数字信号处理器TMS320F28069构成的最小系统为控制电路,使用霍尔电流传感器、线性光耦元件构成电流和电压采集电路,通过增量式光电编码器构成速度获取通道,计算SVPWM对逆变器的开关管进行控制,实现异步电机的调频调速。文章最后给出了系统的实验装置和实验波形。结果表明,带速度传感器的矢量控制整体上设计合理,电流信号无明显畸变,异步电机的速度和转矩响应较快,电机转速平稳,性能稳定。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 课题研究背景及意义  9
  1.2 异步电机矢量控制发展状况  9-12
    1.2.1 矢量控制常用技术方案  10-11
    1.2.2 转子观测器常用方案  11-12
    1.2.3 无位置传感器控制技术  12
  1.3 半导体器件的发展状况  12-14
    1.3.1 功率半导体器件的发展  12-13
    1.3.2 数字处理器的发展  13-14
  1.4 本文研究内容  14-15
2 矢量变换及异步电机的数学模型  15-29
  2.1 矢量控制的基本原理  15
  2.2 坐标变换  15-18
    2.2.1 三相静止ABC坐标到静止αβ坐标的变换(Clark变换)  16-17
    2.2.2 静止αβ坐标系到dq同步旋转坐标系的转换(Park变换)  17
    2.2.3 直角坐标到极坐标的变换(K/P变换)  17-18
  2.3 异步电机的数学模型  18-21
    2.3.1 异步电机在静止ABC坐标上的数学模型  18-19
    2.3.2 异步电机在静止αβ坐标系上的数学模型  19-20
    2.3.3 异步电机在同步旋转dq坐标系上的数学模型  20-21
  2.4 电压空间矢量PWM技术  21-29
    2.4.1 基本电压空间矢量  21-23
    2.4.2 电压空间矢量的线性组合  23-27
    2.4.3 扇区号的判定  27-29
3 异步电机的控制策略及仿真  29-50
  3.1 矢量控制的基本方程  29-30
  3.2 转子磁链的观测  30-34
    3.2.1 电流模型  30-32
    3.2.2 电压模型  32-33
    3.2.3 改进电压模型  33-34
  3.3 有速度传感器矢量控制策略  34-36
  3.4 无速度传感器矢量控制策略  36-39
    3.4.1 传统的基于MRAS的速度辨识  37-38
    3.4.2 改进的基于MRAS的转速辨识  38-39
    3.4.3 基于改进型MRAS的无速度传感器矢量控制框图  39
  3.5 异步电机矢量控制的仿真  39-50
    3.5.1 有速度传感器矢量控制的仿真  40-45
    3.5.2 无速度传感器矢量控制的仿真  45-50
4 系统硬件电路设计  50-58
  4.1 硬件电路简介  50-51
  4.2 控制电路设计  51-52
  4.3 功率电路设计  52-55
    4.3.1 整流和滤波电路  52-53
    4.3.2 逆变电路IPM  53-55
  4.4 电流电压采集电路设计  55-58
5 系统软件设计  58-66
  5.1 DSP开发环境及开发工具简介  58-60
  5.2 主程序的设计  60
  5.4 PWM中断服务程序设计  60-66
    5.4.1 SVPWM模块设计  62
    5.4.2 PI调节模块设计  62-64
    5.4.3 转速测量模块  64-65
    5.4.4 相电压重构  65-66
6 实验结果及分析  66-72
  6.1 实验装置  66-67
  6.2 实验波形及分析  67-72
    6.2.1 SVPWM波形  67
    6.2.2 电流波形  67-69
    6.2.3 磁链波形  69-70
    6.2.4 启动波形与转速波形  70-72
结论  72-74
参考文献  74-76
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  76-77
致谢  77-78

异步电机的数字化矢量控制

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