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永磁同步电机三相四开关容错驱动系统的研究

作　者: 于丽娜
导　师: 孙立山；孙力
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 电机驱动容错控制 矢量控制 四开关逆变器 四开关SVPWM 电容电压不平衡
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


在现代交流伺服系统研究中,以提高系统的可靠性和稳定性为目的的容错技术是一个重要的研究方向。电力电子器件是电机驱动系统中一个较为薄弱的环节,为了使系统在电力电子器件出现故障的情况下仍能继续稳定工作,需要对其拓扑进行改进,实现容错重构和容错运行。由于四开关三相运行方式具有对电机绕组的接法没有限制,可以实现SVPWM控制以及所需附加成本较小等优点,本文采用这种容错方式对系统进行容错控制。在控制方式上,所采用的矢量控制是以电流为控制变量,具有更好的电流跟踪性能,对于母线电容电压不平衡所产生的不平衡电流能够进行快速的跟踪和调节,减小电机的绕组电流脉动和转矩脉动。本文对整个永磁同步电机三相四开关容错驱动系统进行了较为全面的研究。首先,本文推导了不同坐标系下永磁同步电动机的数学模型。并在此基础上,介绍了矢量控制原理以及PID控制算法,推导了PID参数整定公式,深入分析了六开关SVPWM原理和DSP实现方法。同时对SPWM与SVPWM两种脉宽调制技术进行了分析比较。其次,深入分析了三相四开关SVPWM原理及算法,基于此算法提出了3种四开关SVPWM的DSP实现方法。分析了电源容性阻抗对电机运行性能的影响。指出了导致直流母线电容电压不平衡的原因,并详细推导了存在不平衡电压时的SVPWM计算公式。指出三相四开关矢量控制系统能够有效地跟踪三相正弦电流,自动补偿不平衡电压,减小电流脉动和转矩脉动。最后,利用Matlab/Simulink对系统进行了仿真分析,给出了仿真结果;并基于TI公司的高性能DSP芯片TMS320LF2812进行了系统的软硬件设计,搭建了永磁同步电机三相四开关容错驱动系统的实验平台,进行了实验验证。仿真和实验结果表明理论分析是正确和可行的。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-15
  1.1 课题背景和课题意义  8-9
  1.2 永磁同步电机驱动系统发展现状  9-10
  1.3 永磁同步电机容错驱动系统研究现状和热点问题  10-13
    1.3.1 永磁同步电机驱动系统常见故障  10
    1.3.2 逆变器故障诊断技术的研究概况  10-11
    1.3.3 常用容错方案及拓扑结构  11-13
  1.4 本文主要研究内容  13-15
第2章 永磁同步电动机三相六开关SVPWM 与矢量控制  15-31
  2.1 引言  15
  2.2 永磁同步电动机的数学模型  15-19
    2.2.1 三相静止坐标系下的PMSM 模型  15-16
    2.2.2 两相静止坐标系下的PMSM 模型  16-17
    2.2.3 两相同步旋转坐标系下的PMSM 模型  17-19
  2.3 基于转子磁场定向的矢量控制技术  19-24
    2.3.1 矢量控制原理及控制方法  19-20
    2.3.2 PID 控制算法与参数整定  20-24
  2.4 三相六开关SVPWM 技术  24-30
    2.4.1 三相六开关SVPWM 技术的原理及算法  24-28
    2.4.2 三相六开关SVPWM 的DSP 实现  28-29
    2.4.3 SVPWM 调制技术与SPWM 调制技术的比较  29-30
  2.5 本章小结  30-31
第3章 永磁同步电机三相四开关SVPWM 与矢量控制  31-48
  3.1 引言  31
  3.2 三相四开关逆变器的运行原理  31-33
  3.3 三相四开关SVPWM 技术  33-41
    3.3.1 三相四开关SVPWM 原理  33-36
    3.3.2 三相四开关SVPWM 算法  36-37
    3.3.3 三相四开关SVPWM 的DSP 实现  37-41
  3.4 电源容性阻抗对电机运行的影响  41-43
  3.5 直流母线电容电压不平衡对SVPWM 调制的影响  43-46
  3.6 永磁同步电机三相四开关矢量控制系统的设计  46-47
  3.7 本章小结  47-48
第4章 永磁同步电机三相四开关容错驱动系统设计  48-56
  4.1 引言  48
  4.2 系统总体构成  48-49
  4.3 硬件设计  49-52
    4.3.1 主电路设计  49
    4.3.2 PWM 驱动电路的设计  49-50
    4.3.3 码盘接口电路的设计  50
    4.3.4 电流采样电路的设计  50-51
    4.3.5 系统保护电路的设计  51-52
  4.4 软件设计  52-55
    4.4.1 初始化程序设计  52-53
    4.4.2 主循环程序设计  53-54
    4.4.3 中断程序设计  54-55
  4.5 本章小结  55-56
第5章 仿真与实验结果  56-66
  5.1 引言  56
  5.2 三相四开关SVPWM 控制波形及电压矢量轨迹  56-58
  5.3 三相四开关系统与三相六开关系统对比  58-62
  5.4 系统非理想运行时的波形  62-64
  5.5 本章小结  64-66
结论  66-67
参考文献  67-71
攻读学位期间发表的学术论文  71-73
致谢  73

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 交流电机 > 同步电机
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