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永磁同步电机的无位置传感器控制

作　者: 张涛
导　师: 杨振强
学　校: 大连理工大学
专　业: 电机与电器
关键词: 永磁同步电机无位置传感器滑模观测器法
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

交流伺服传动系统在当前的工业控制技术中具有举足轻重的地位,其中的永磁伺服系统又多被精密机械加工、航空航天等高技术领域所采用。在永磁电机控制技术的研究中,无位置传感器控制是一个热点,本文就是在这个背景下立题的。本文首先介绍了永磁电机的结构,并以结构决定性质,性质决定用途为主线展开。随后讲解了永磁电机矢量控制的基本思想,作为目前永磁电机控制的基本方法,它是展开下一步研究的基础。随后,给出永磁同步电机的数学模型,将电机的电磁关系转化成可以运算的数学方程,为了更好地分析电机的动态特性,本文中的数学模型是在dq0坐标下给出的。在电机数学模型的基础上,介绍几种常见的无位置传感器控制方法,包括磁链观测法、滑模观测器法和高频注入法。并以TMS320F28335控制芯片为核心,制作数字电机控制器。控制器为无位置传感器算法提供了电流和电压检测电路,并包含过流和过压保护电路。使用英飞凌公司生产的FP75R12KT3 IPM模块为逆变主电路,并针对它设计了PWM驱动和保护电路。为了研究方便,在电机非轴伸侧安装了旋转变压器测量电机转子实际位置,作为对比参考。在硬件系统中还加入了SCI和CAN总线功能作为功能扩展。为了调试方便,还用D/A转换器将芯片内部运算量以模拟波形的形式输出出来。在硬件电路的基础上,编写软件控制程序,进行无位置传感器电机控制试验。本文中的实验以一台1.5KW表贴式永磁同步电机为控制对象,完成整个控制器制造、调试,并搭设相关实验装置。实验表明,无位置传感器矢量控制系统位置检测准确,动态性能较好,精度较高,可以投入实际生产使用。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-17
  1.1 交流伺服系统概述  10-12
  1.2 PMSM原理与矢量控制技术  12-14
  1.3 PMSM研究前沿  14-17
2 PMSM无位置传感器控制原理  17-30
  2.1 原理综述  17-18
  2.2 永磁电机的结构和矢量控制基本思想  18-23
    2.2.1 永磁同步电机的转子  18-21
    2.2.2 永磁同步电机的定子  21-22
    2.2.3 永磁同步电机矢量控制的基本思想  22-23
  2.3 永磁同步电机的数学模型  23-26
    2.3.1 dq0变换  23-24
    2.3.2 dq0坐标系中的磁链方程  24-25
    2.3.3 dq0坐标系中的电压方程  25
    2.3.4 用dq0变量表述的功率和转矩  25-26
  2.4 几种无位置传感控制方法  26-30
    2.4.1 磁链观测法  26-27
    2.4.2 滑模观测器法  27-28
    2.4.3 高频注入法  28-30
3 硬件原理与电路  30-43
  3.1 核心芯片及其最小系统介绍  30-32
  3.2 旋转变压器及其解算电路  32-35
  3.3 电流硬件检测保护电路  35-37
  3.4 SCI与COM通信电路  37-38
  3.5 CAN通信总线电路  38
  3.6 D/A输出电路  38-39
  3.7 模拟量隔离输入电路  39-40
  3.8 直流母线电压采样电路  40-41
  3.9 硬件互锁及死区电路  41-42
  3.10 电流硬件保护电路  42-43
4 软件策略及流程  43-52
  4.1 策略概述  43-44
  4.2 软件流程  44-46
    4.2.1 主程序流程  44-45
    4.2.2 中断程序流程  45-46
  4.3 转速及电流PI调节  46-48
  4.4 相电压的计算  48-50
  4.5 转子位置估算  50-52
5 实验情况及分析  52-59
  5.1 实验设备搭建照片  52-55
  5.2 实验电机参数  55
  5.3 实验测得波形  55-59
结论  59-60
参考文献  60-62
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  62-63
致谢  63-64

永磁同步电机的无位置传感器控制

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