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基于DSP的矢量控制异步电机效率优化控制研究

作　者: 孙丰涛
导　师: 张承慧
学　校: 山东大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 异步电机 DSP 效率优化最小损耗控制搜索控制混合控制
分类号: TM343
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 463次
引　用: 5次
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内容摘要

异步电机在现代工业中起着重要作用,是耗电量最多的一种电气设备。异步电机轻载,尤其是低于20%额定负载率时,其效率和功率因数会明显降低,对于长期轻载运行的异步电机,存在着很大的节能空间。变频调速技术的发展为异步机的节能降耗起到了巨大的推动作用,但轻载低效问题仍然存在。因此在能源问题日趋严重的今天,研究变频调速异步电机在轻载时的节能问题,提高其运行效率,对节约能源、控制环境污染等方面有着重要的意义。论文首先从考虑铁损时异步电机在同步旋转坐标系下的数学模型出发,推导出便于SIMULINK建模的数学表达,利用SIMULINK内建模块建立了考虑铁损时异步电机仿真模型。该模型不但具有三相电流、转速等常规物理量,还有电机在不同坐标系下的电压、电流等内部物理量,非常适合高性能电机及控制系统的仿真研究。为后面的仿真研究做好准备。接着在详细分析异步电机损耗的基础上,深入研究了矢量控制异步电机在轻载稳态时的效率优化问题。分别采用基于模型的最小损耗控制(LMC)、基于黄金分割的搜索控制(SC)以及结合二者优点的混合控制(HC),对这一问题进行了深入探讨,做了大量仿真实验。仿真结果表明LMC能够明显地降低变频驱动电机的损耗,并且具有良好的动态响应能力,但易受到电机参数变化的影响;SC虽然克服了这个缺点,却增加了收敛时间;而HC不仅可以缩短收敛时间,而且也克服了电机参数变化的影响,是一种性能优良的效率优化控制策略。随后文章综述了DSP的发展及在电机控制中的应用,在已有硬件的基础上,完善了基于TMS320LF2407A的矢量控制异步电机效率优化系统。给出了3.3V电源供电、电流检测、转速检测等部分硬件电路及系统程序流程图,详细介绍了部分关键子程序,得到了大量的实验结果及数据。结果表明矢量控制异步电机在轻载时具有很大的节能空间,效率最大能提升30%以上,不仅验证了上面的理论分析,也为通用矢量控制变频调速系统的改进提供了思路。最后文章提出了有待于进一步完善和研究的方向。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
符号说明  8-9
1．引言  9-14
  1．1 矢量控制异步电机效率优化控制技术研究现状  9-12
  1．2 目前效率优化控制技术的研究热点  12-13
  1．3 本文主要工作与研究内容  13-14
2．考虑铁损时异步电机仿真模型的建立  14-21
  2．1 坐标变换和考虑铁损时异步电机的数学模型  14-18
    2．1．1 三相/两相静止坐标变换  14-16
    2．1．2 两相静止/两相旋转坐标变换  16-17
    2．1．3 考虑铁损时异步电机在两相旋转坐标系上的数学模型  17-18
  2．2 考虑铁损时异步电机的仿真模型  18-19
  2．3 仿真验证  19-20
  2．4 小结  20-21
3．矢量控制异步电机效率优化策略研究  21-38
  3．1 异步电机的损耗分析  21-24
  3．2 矢量控制异步电机效率优化策略  24-36
    3．2．1 异步电机效率优化控制原理  24-25
    3．2．2 基于模型的矢量控制异步电机效率优化控制  25-31
      3．2．2．1 损耗模型的建立及最优磁通的选择  25-28
      3．2．2．2 仿真验证  28-31
    3．2．3 基于搜索法的矢量控制异步电机效率优化控制  31-35
      3．2．3．1 黄金分割算法及其在效率优化控制中的应用  31-32
      3．2．3．2 仿真验证  32-35
    3．2．4 基于模型法和搜索法的混合效率优化控制  35-36
  3．3 小结  36-38
4．矢量控制异步电机效率优化系统硬件设计  38-47
  4．1 DSP简介  38-41
    4．1．1 DSP的发展及特点  38-40
    4．1．2 DSP在电机控制中的应用及其发展趋势  40-41
  4．2 系统的整体设计及部分硬件电路  41-46
    4．2．1 控制功能描述  42-43
    4．2．2 3．3V供电电源设计  43
    4．2．3 电流检测电路  43-44
    4．2．4 转速检测电路  44-46
  4．3 小结  46-47
5．系统的软件设计及实验结果  47-56
  5．1 系统主程序及中断服务子程序设计  47-49
  5．2 关键功能子程序的设计  49-50
    5．2．1 调节器的设计  49
    5．2．2 效率优化控制器的设计  49-50
  5．3 实验结果及对比分析  50-54
  5．4 小结  54-56
6．结论与展望  56-58
附录1: 考虑铁损异步电机仿真模型  58-59
附录2: 系统照片  59-60
参考文献  60-64
致谢  64-65
攻读学位期间发表的论文  65-66
学位论文评阅及答辩情况表  66

基于DSP的矢量控制异步电机效率优化控制研究

内容摘要

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