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基于STM32异步电机SVM-DTC系统的设计

作　者: 冯守勋
导　师: 杨振强
学　校: 大连理工大学
专　业: 电气工程
关键词: STM32 异步电机 SVPWM 直接转矩 SVM-DTC 磁链观测器
分类号: TM921.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


直接转矩控制作为一种新型的交流调速方法,它以其简单的控制结构,快速的转矩响应和对电机的参数要求低等优点,受到广泛关注。但是,直接转矩控制在低速情况下存在转矩脉动,所以如何改善转矩脉动是本论文研究的出发点。本文首先阐述了异步电机的数学模型和两种常用的坐标系,详细介绍了电压空间矢量调制(SVPWM)和直接转矩控制的原理。分析了转矩脉动产生的原因,本论文着重讲述一种方案：基于SVPWM的直接转矩控制,并且舍弃了滞环比较器,采用PID调节器,将该方案称为SVM-DTC控制策略。另外,定子磁链的精确求解对转矩脉动的克服有着重要意义,由于纯积分器观测方法简单,不涉及转子参数,得到广泛的应用,但是纯积分器观测法观测到的磁链存在偏移或饱和现象,所以本论文着重讲述了一种新型的磁链观测器：饱和反馈改进积分器,该积分器不仅能抑制磁链饱和现象,也能有效的滤除磁链偏移,逼近磁链理论值。为了实现SVM-DTC控制策略和饱和反馈改进积分器的观测效果,搭建了基于STM32的异步电机控制系统硬件实验平台,该硬件平台主要包括电源模块、功率模块、驱动模块、检测模块和控制模块。基于STM32的软件编写实现了SVPWM模块、定子磁链和转矩的求解、饱和反馈改进积分器的数字实现、PID调节器的数字实现和FIR低通滤波器的数字实现。最后,通过对基于STM32异步电机SVM-DTC控制系统的调试,实验结果表明该控制策略能有较好控制效果：动态性能好、转矩脉动小、定子磁链波形稳定,达到了预期实验目的。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-12
  1.1 课题的研究背景与意义  8-9
  1.2 交流调速系统的发展历史  9-10
  1.3 直接转矩控制概况  10-11
  1.4 本论文的主要内容和结构  11-12
2 异步电机SVM-DTC的控制原理  12-28
  2.1 异步电机常用坐标系及其变换  12-14
    2.1.1 αβ坐标系  12-13
    2.1.2 dq坐标系  13-14
  2.2 异步电机的数学模型  14-17
    2.2.1 三相静止坐标系下的数学模型  14-16
    2.2.2 αβ静止坐标系下的数学模型  16-17
  2.3 电压空间矢量脉宽调制  17-22
  2.4 直接转矩控制  22-28
    2.4.1 基本原理  22-25
    2.4.2 SVM-DTC简介  25-28
3 定子磁链观测方法研究  28-34
  3.1 磁链观测法  28-32
    3.1.1 纯积分器观测法  28-29
    3.1.2 低通滤波器观测法  29-31
    3.1.3 饱和反馈改进积分器观测法  31-32
  3.2 Simulink仿真和结果  32-34
4 异步电机SVM-DTC控制系统的硬件设计  34-45
  4.1 系统硬件简介  34-35
  4.2 电源模块  35-37
    4.2.1 整流滤波电路  35-36
    4.2.2 开关电源电路  36-37
  4.3 功率模块  37-38
  4.4 驱动模块  38-41
    4.4.1 功率驱动电路  38-39
    4.4.2 驱动保护电路  39-41
  4.5 检测模块  41-43
    4.5.1 电压检测  41-42
    4.5.2 电流检测  42-43
    4.5.3 转速检测  43
  4.6 控制模块  43-45
    4.6.1 STM32电机控制  43-44
    4.6.2 STM32最小系统  44-45
5 异步电机SVM-DTC系统的软件设计  45-54
  5.1 程序设计  45-46
    5.1.1 主程序  45
    5.1.2 中断服务程序  45-46
  5.2 子模块设计  46-54
    5.2.1 SVPWM模块  46-48
    5.2.2 定子磁链、磁链角度和转矩  48-50
    5.2.3 PID调节器  50-51
    5.2.4 FIR低通滤波器  51-54
6 系统调试  54-58
  6.1 实验硬件  54-55
  6.2 实验数据  55-58
    6.2.1 SVPWM模块  55
    6.2.2 磁链观测器  55-56
    6.2.3 定子磁链和转矩  56-57
    6.2.4 磁链角度  57-58
结论  58-59
参考文献  59-61
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  61-62
致谢  62-63

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电气化、电能应用 > 电力拖动（电气传动） > 交流传动系统
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