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宽频调速系统设计及精度分析

作　者: 史大伟
导　师: 梁利华
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 电压空间矢量内模控制二自由度PI 小波去噪
分类号: TM921.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 56次
引　用: 1次
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内容摘要

随着微电子学、计算机控制技术的发展,以及精确的电机模型和各种先进控制策略的提出,电机控制的发展得到了很大的提高,使得精度高、调速范围宽、控制性能好的电机调速系统的实现成为可能。本文首先对宽频调速控制系统进行设计,根据技术指标要求设计控制方案,介绍系统的组成,从四个方面来综合考虑提高控制系统精度的方法,包括使用适当的脉宽调制方式、选用合适的运动控制算法、消除系统中噪声和干扰的影响、选用合理的运动控制元件。在d ? q坐标系下按转子磁链定向的工作方式建立异步电机模型,讨论了该数学模型的特点。PWM调制方式采用电压空间矢量(SVPWM),分析和阐述了电压空间矢量(SVPWM)的原理及其仿真实现。调速系统精度控制策略的研究是本文研究的重点,将内模控制技术应用到电动机的定子电流控制系统中,有效解决了电机参数变化对系统解耦性能的影响,实现了定子电流交叉电势的动态解耦。通过理论分析和仿真实验深入研究了其解耦原理和性能。在速度控制环中引入二自由度PI方法,实现调速系统的指令跟踪性能和抗扰动性能的双优控制。建立系统模型并通过MATLAB进行仿真实验,实验结果验证了上述方法的有效性。系统中的干扰和噪声会降低控制精度,小波去噪是一种消除噪声的有效途径,本文通过MATLAB设置含有噪声的输入信号并将小波去噪应用在该输入信号,结果证明该方法可以有效地滤除噪声。最后本文从硬件和软件两个方面实现了宽频调速系统的设计,硬件的实现主要包括控制器、执行电机、速度反馈装置等硬件设备的选择及设计,软件的实现主要包括上位机软件及相关程序的编写。通过建立的调速系统进行实验,实验结果满足系统各项指标要求。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-18
  1.1 课题的来源、目的和意义  11-12
  1.2 交流电机调速技术的历史及发展  12-13
  1.3 电动机控制策略综述  13-16
  1.4 伺服控制技术在调速系统中的发展应用  16-17
  1.5 本论文的主要工作  17-18
第2章宽频调速控制系统设计  18-23
  2.1 技术指标要求  18-19
  2.2 调速系统的控制设计方案  19-22
    2.2.1 转速、电流双闭环设计思想  19-20
    2.2.2 调速系统组成  20-21
    2.2.3 提高控制系统精度的研究方向  21-22
  2.3 本章小结  22-23
第3章异步电动机数学模型及矢量控制  23-36
  3.1 概述  23-25
    3.1.1 异步电机矢量控制基本原理  23-24
    3.1.2 矢量变换的坐标系  24-25
  3.2 异步电动机在(d，q)坐标系下的数学模型  25-26
  3.3 转子磁链定向感应电动机的数学模型和特点  26-29
  3.4 电压空间矢量法  29-35
    3.4.1 电压空间矢量法的基本工作原理  29-31
    3.4.2 电压空间矢量法的实现方法  31-33
    3.4.3 SVPWM 仿真实现  33-35
  3.5 本章小结  35-36
第4章调速系统精度控制策略的研究及仿真分析  36-61
  4.1 异步电动机定子电流解耦控制策略  36-40
    4.1.1 概述  36-37
    4.1.2 前馈解耦控制策略及其存在的问题  37-38
    4.1.3 反馈解耦控制策略及其存在的问题  38-40
  4.2 电流环的内模控制  40-49
    4.2.1 交流异步电动机定子电流内模控制策略的提出  40-41
    4.2.2 内模控制（IMC）基本原理  41-42
    4.2.3 内模控制（IMC）特点  42-43
    4.2.4 定子电流的内模解耦控制  43-46
    4.2.5 内模控制效果仿真分析  46-49
  4.3 速度环二自由度PI 控制设计  49-52
  4.4 仿真分析  52-56
  4.5 小波去噪  56-60
    4.5.1 概述  56-57
    4.5.2 小波去噪原理  57-58
    4.5.3 阈值的选取和阈值量化  58-59
    4.5.4 MATLAB 中的小波去噪应用  59-60
  4.6 本章小结  60-61
第5章宽频调速系统的设计实现  61-83
  5.1 调速系统总体结构  61-62
  5.2 调速系统的硬件设计  62-70
    5.2.1 控制器的选择  62-66
    5.2.2 执行电机的选择  66-67
    5.2.3 速度反馈装置  67-69
    5.2.4 报警控制系统设计  69-70
  5.3 调速系统的软件设计  70-76
    5.3.1 概述  70-71
    5.3.2 上位机软件的实现  71-75
    5.3.3 PLC 程序  75-76
  5.4 实验结果  76-82
  5.5 本章小结  82-83
结论  83-85
参考文献  85-88
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  88-89
致谢  89

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