隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)作為工業(yè)裝備重要驅(qū)動(dòng)源之一的伺服系統(tǒng)的性能提出了越來(lái)越高的要求。永磁同步電機(jī)( PMSM)作為交流伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率密度高、效率高、易于散熱及維護(hù)保養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)，正得到越來(lái)越廣泛地應(yīng)用。要構(gòu)建高性能的伺服系統(tǒng)，好的伺服控制系統(tǒng)則必不可缺，本論文主要圍繞高性能的永磁同步電流伺服控制系統(tǒng)這一主題展開研究。 根據(jù)永磁同步電機(jī)的動(dòng)態(tài)dq數(shù)學(xué)模型，從實(shí)現(xiàn)高性能的轉(zhuǎn)矩控制出發(fā)，對(duì)永磁同步電機(jī)的矢量控制技術(shù)和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)等控制策略進(jìn)行了比較分析。針對(duì)本伺服系統(tǒng)永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選用了具有線性控制轉(zhuǎn)矩特性，能獲得比較平穩(wěn)轉(zhuǎn)矩輸出的基于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的id=0的矢量控制策略，同時(shí)還介紹了該策略的重要組成部分空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)(SVPWM)，并在MATLAB仿真平臺(tái)對(duì)所選控制方案進(jìn)行了仿真研究。 對(duì)控制系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，詳細(xì)分析了針對(duì)16位定點(diǎn)DSP控制器TMS320LF2407A的程序設(shè)計(jì)特點(diǎn)，建立了電機(jī)的標(biāo)幺值模型，解決了變量的定標(biāo)問(wèn)題。并介紹了電機(jī)控制程序的總體結(jié)構(gòu)以及相關(guān)模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程。 為實(shí)現(xiàn)高性能的伺服控制系統(tǒng)，使伺服系統(tǒng)輸出平滑的轉(zhuǎn)矩，本文還對(duì)電壓型PWM逆變器“死區(qū)效應(yīng)”引入的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)進(jìn)行了分析，分析表明了在永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，由“死區(qū)效應(yīng)”造成的誤差電壓矢量與永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置之間的關(guān)系，并應(yīng)用一種實(shí)用的死區(qū)補(bǔ)償技術(shù)減小了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高了系統(tǒng)的性能。 最后在伺服系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合調(diào)試，并在此基礎(chǔ)上做了大量的實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)性能可靠且擁有優(yōu)良的調(diào)速性能。
標(biāo)簽： 永磁同步電機(jī) 伺服控制 系統(tǒng)研究
上傳時(shí)間： 2013-06-18
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同步電動(dòng)機(jī)以其可調(diào)的功率因數(shù)和輸出轉(zhuǎn)矩對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)不敏感等良好的運(yùn)行性能，在大功率電氣傳動(dòng)領(lǐng)域獨(dú)占螯頭。同步電機(jī)雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但它的最大缺點(diǎn)是起動(dòng)困難。目前，大功率同步電機(jī)的軟起動(dòng)大多采用靜止變頻器起動(dòng)方式，但由于變頻器多采用晶閘管作為功率器件從而要依靠電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的反電勢(shì)才能自行關(guān)斷并且輔助設(shè)備較多。而一旦逆變器換流失敗就會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)起動(dòng)失敗。針對(duì)晶閘管不能自行關(guān)斷的缺點(diǎn)，本文研究了一種以IGBT做為變頻器功率器件的轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的起動(dòng)方法。 @@ 首先，根據(jù)同步電動(dòng)機(jī)的工作原理對(duì)同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性進(jìn)行了詳細(xì)分析，并對(duì)全壓異步起動(dòng)方法進(jìn)行了仿真研究，得出了起動(dòng)過(guò)程中電動(dòng)機(jī)相電流、電磁轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的變化曲線。針對(duì)異步起動(dòng)過(guò)程中定子繞組產(chǎn)生過(guò)大沖擊電流的問(wèn)題，提出了逐級(jí)變頻的轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)方法。闡述了逐級(jí)變頻開環(huán)控制同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)的原理，即通過(guò)逐級(jí)改變變頻器輸出頻率使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速跟隨定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速逐級(jí)升高至額定值。推導(dǎo)出起動(dòng)過(guò)程中變頻器逐級(jí)變化的頻率與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、電磁轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的關(guān)系式。通過(guò)對(duì)一臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)做工頻起動(dòng)和低頻起動(dòng)的仿真研究，證明了同步電動(dòng)機(jī)在低頻下依靠同步電磁轉(zhuǎn)矩自行起動(dòng)的可行性。通過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到相應(yīng)同步轉(zhuǎn)速的時(shí)間來(lái)確定變頻器逐級(jí)升高的電壓頻率隨時(shí)間的變化規(guī)律。然后，在采用電壓型交直交變頻器作為同步電機(jī)變頻電源的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了恒壓頻比逐級(jí)變頻軟起動(dòng)的控制方案，利用MATLAB/SIMULINK構(gòu)建了轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程進(jìn)行仿真試驗(yàn)，并且分別對(duì)空載起動(dòng)和負(fù)載起動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了分析。仿真結(jié)果驗(yàn)證了轉(zhuǎn)速開環(huán)控制同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)的可行性。 @@ 針對(duì)同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后的并網(wǎng)問(wèn)題進(jìn)行了理論分析，并研究了相應(yīng)的并網(wǎng)控制方案。應(yīng)用MATLAB/SIMULINK對(duì)并網(wǎng)過(guò)程進(jìn)行仿真試驗(yàn)，給出并網(wǎng)瞬間電網(wǎng)電壓、同步電機(jī)相電流等參數(shù)變化曲線，從而驗(yàn)證了并網(wǎng)方案的可行性。 @@ 最后，對(duì)所做工作進(jìn)行了總結(jié)，并展望了大功率同步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)技術(shù)。 @@關(guān)鍵詞：同步電動(dòng)機(jī)；軟起動(dòng)；變頻器；恒壓頻比
標(biāo)簽： 大功率 同步電機(jī) 軟起動(dòng)
上傳時(shí)間： 2013-05-26
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伺服系統(tǒng)是一種輸出能夠快速而精確地響應(yīng)外部的輸入指令信號(hào)的控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)在工業(yè)控制和家用電氣、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對(duì)伺服設(shè)備的性能也提出了越來(lái)越高的要求。因此，研制高性能、高可靠性的交流伺服系統(tǒng)有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 在伺服領(lǐng)域，永磁同步電機(jī)在結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)行方式上具有比其它類型的傳統(tǒng)伺服電機(jī)更為優(yōu)秀的運(yùn)行性能和更廣泛的適用范圍，被越來(lái)越多的應(yīng)用到交流伺服系統(tǒng)。以數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)為基礎(chǔ)、以永磁同步電機(jī)為執(zhí)行電機(jī)，采用高性能控制策略的全數(shù)字化永磁同步交流伺服控制系統(tǒng)必將成為伺服控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。 本論文在研究永磁同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理的基礎(chǔ)上，詳細(xì)討論了磁場(chǎng)定向矢量控制理論，確定了id=0的控制策略和空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的電壓調(diào)制方法。本文采用TI公司生產(chǎn)的專門用于電機(jī)控制的數(shù)字信號(hào)控制芯片DSP(TMS320LF2407A)作為控制系統(tǒng)核心處理芯片，設(shè)計(jì)了一套基于DSP的全數(shù)字永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服控制系統(tǒng)。論文詳細(xì)論述了控制電路各部分及外圍輔助電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試，包括功率驅(qū)動(dòng)電路，供電電路與電源電路以及傳感器電路等等。軟件開發(fā)均在TI的CCStudl02.2集成開發(fā)環(huán)境下完成，軟件采用匯編語(yǔ)言編寫，完成了主程序模塊和子程序模塊設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了電流A/D采樣、模型切換、轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)等功能，實(shí)現(xiàn)了位置、速度和電流雙閉環(huán)矢量控制，同時(shí)給出了主程序和各個(gè)子程序模塊的流程圖。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于DSP實(shí)現(xiàn)的全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、速度超調(diào)小、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小等特點(diǎn)，具有良好的動(dòng)靜態(tài)特性以及較高的精度。基本達(dá)到了課題預(yù)期的效果，從而證明了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性。
標(biāo)簽： DSP 永磁同步電機(jī) 伺服系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-05-18
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繞組勵(lì)磁同步電機(jī)具有功率因數(shù)可調(diào)、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)大功率場(chǎng)合獲得了廣泛應(yīng)用，因此研究和開發(fā)高性能的繞組勵(lì)磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。目前開發(fā)高性能繞組勵(lì)磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所采用的控制方案主要有兩種：一種是直接轉(zhuǎn)矩控制（DTFC）；另一種是磁場(chǎng)定向矢量控制（FOC）。繞組勵(lì)磁同步電機(jī)的矢量控制策略具有控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，物理概念清晰，電流、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，轉(zhuǎn)速響應(yīng)迅速，易實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制等優(yōu)點(diǎn)。因此，在交流傳動(dòng)領(lǐng)域中，越來(lái)越受到學(xué)者的關(guān)注。但是，無(wú)論在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，交直交型繞組勵(lì)磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的研究還缺乏全面深入的理論研究，還沒有建造起矢量控制系統(tǒng)的理論體系構(gòu)架。本文對(duì)繞組勵(lì)磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行了初步的理論探討，并進(jìn)行了詳細(xì)的實(shí)踐研究，為以后更深入、廣泛地研究此系統(tǒng)，打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本論文主要研究?jī)?nèi)容如下： @@ 通過(guò)廣泛的查找文獻(xiàn)，對(duì)幾種常見的同步電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了綜述，分析了同步電機(jī)變頻調(diào)速原理，在此基礎(chǔ)上，講述了無(wú)傳感器技術(shù)在同步電機(jī)中的應(yīng)用現(xiàn)狀。無(wú)傳感器技術(shù)主要有兩大類：基于基波量的檢測(cè)方法和基于外加信號(hào)的激勵(lì)法。隨后，對(duì)轉(zhuǎn)子初始位置的估計(jì)進(jìn)行了綜述，其方法有：基于電機(jī)定子鐵芯飽和效應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)，高頻信號(hào)注入法，基于定子繞組感應(yīng)電壓的估計(jì)法和基于相電感計(jì)算法等。繞組勵(lì)磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置估計(jì)的研究還很少。 @@ 對(duì)繞組勵(lì)磁同步電機(jī)矢量控制的理論進(jìn)行了全面深入地研究，建立起矢量控制的理論體系構(gòu)架。 @@ 首先，基于磁勢(shì)等效原理，將三相靜止交流信號(hào)等效變換為兩相旋轉(zhuǎn)直流信號(hào)，將交流電機(jī)等效為直流電機(jī)進(jìn)行控制。在Clarke變換和Park變換的基礎(chǔ)上，得到凸極同步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的電壓矩陣方程、功率方程和運(yùn)動(dòng)方程。根據(jù)上述方程，繪出dq軸的等值電路及矢量圖，得到狀態(tài)空間描述的dq軸數(shù)學(xué)模型。 @@ 其次，根據(jù)模型參考自適應(yīng)原理，對(duì)同步電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行估計(jì)。忽略同步電機(jī)d軸阻尼繞組的作用，取同步轉(zhuǎn)速為零，得到同步電機(jī)αβ靜止坐標(biāo)系下 的數(shù)學(xué)模型。將不含有轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信息的方程作為參考模型，將含有轉(zhuǎn)速參數(shù)的方程作為可調(diào)模型，根據(jù)波波夫超穩(wěn)定性和正性原理，對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)行估計(jì)。@@ 最后，根據(jù)模型參考自適應(yīng)估計(jì)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，設(shè)計(jì)磁通觀測(cè)器來(lái)估計(jì)轉(zhuǎn)子磁通，實(shí)現(xiàn)磁通反饋閉環(huán)控制。磁通觀測(cè)器采用降維觀測(cè)器，僅對(duì)轉(zhuǎn)子磁通分量進(jìn)行重構(gòu)，并通過(guò)極點(diǎn)配置算法，合理配置觀測(cè)器的極點(diǎn)，使觀測(cè)器滿足系統(tǒng)的性能指標(biāo)，達(dá)到磁通觀測(cè)的目的。 @@ 新穎的空間矢量脈寬調(diào)制算法。從空間矢量的基本概念入手，深入分析了定子三相對(duì)稱電壓與空間電壓矢量之間的關(guān)系。由三相電壓源型逆變器輸出電壓波形得到六個(gè)有效開關(guān)狀態(tài)矢量，這六個(gè)開關(guān)矢量和兩個(gè)零矢量合成一組等幅不同相的電壓空間矢量，去逼近圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。其次，根據(jù)空間電壓矢量所在的扇區(qū)，選擇相鄰有效開關(guān)矢量，在伏秒平衡的法則下，計(jì)算各有效開關(guān)矢量的作用時(shí)間。并且，探討了扇區(qū)判斷和扇區(qū)過(guò)渡問(wèn)題，定性分析了空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）的性能。最后，根據(jù)每個(gè)扇區(qū)中開關(guān)矢量作用時(shí)間，采用軟件構(gòu)造法，在TMS320LF2407A硬件上實(shí)現(xiàn)了SVPWM。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，能夠有效的提高直流母線的電壓利用率，具有在低頻運(yùn)行穩(wěn)定，逆變器輸出電流正弦度好等優(yōu)點(diǎn)。 @@ 空間矢量過(guò)調(diào)制算法的研究。在上述線性調(diào)制的基礎(chǔ)上，提出一種基于電壓空間矢量的過(guò)調(diào)制方法。過(guò)調(diào)制區(qū)域根據(jù)調(diào)制度分成兩種不同的模式，分別為模式Ⅰ（0．907
上傳時(shí)間： 2013-07-25
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20世紀(jì)90年代以來(lái)，為了緩解能源和環(huán)境對(duì)人類生活和社會(huì)發(fā)展的壓力，世界各國(guó)都投入了大量資金開發(fā)電動(dòng)汽車。在日本、美國(guó)、法國(guó)等汽車強(qiáng)國(guó)已經(jīng)開發(fā)出一些商品化的電動(dòng)汽車。我國(guó)在“十五”期間，國(guó)家電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)確立以燃料電池汽車、混合電動(dòng)汽車、純電動(dòng)汽車以及相關(guān)的多能源動(dòng)力總成控制、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力蓄電池及燃料電池等關(guān)鍵零部件研發(fā)。 與其它驅(qū)動(dòng)電機(jī)相比，永磁同步電動(dòng)機(jī)具有高效率、高功率密度和良好的控制特性，受到人們的普遍關(guān)注，越來(lái)越多地應(yīng)用于電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)裝置中。本文課題以印度REVA公司小型純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)用永磁同步電動(dòng)機(jī)及其控制器為研究對(duì)象，對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)本體及控制器硬件進(jìn)行了比較深入的研究，設(shè)計(jì)并制作了永磁同步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)樣機(jī)以及基于TMS320LF2407A DSP的永磁同步電動(dòng)機(jī)控制器，在此基礎(chǔ)上展開了初步試驗(yàn)研究。 本文首先比較了當(dāng)前常用電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的特點(diǎn)，并綜述了電力電子和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在汽車驅(qū)動(dòng)中的應(yīng)用；然后分析永磁同步電機(jī)氣隙磁場(chǎng)對(duì)電機(jī)性能的影響，針對(duì)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的特點(diǎn)，提出了T形轉(zhuǎn)子永磁同步電動(dòng)機(jī)，不僅使永磁同步電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場(chǎng)接近正弦同時(shí)解決了高速運(yùn)行時(shí)磁鋼的固定問(wèn)題；同時(shí)，制作了基于TMS320LF2407A DSP和IPM模塊的永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制器，并對(duì)控制器進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的負(fù)載實(shí)驗(yàn)和永磁同步電機(jī)的空載實(shí)驗(yàn)；最后，分析永磁同步電機(jī)矢量控制的數(shù)學(xué)模型，并建立了永磁同步電機(jī)的SVPWM驅(qū)動(dòng)的仿真模型，進(jìn)行了id=0的矢量控制系統(tǒng)仿真，研究了永磁同步電機(jī)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響。
標(biāo)簽： 電動(dòng)汽車 永磁同步電動(dòng)機(jī) 控制器
上傳時(shí)間： 2013-07-23
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永磁同步電機(jī)是同步電機(jī)的一個(gè)重要類型，其轉(zhuǎn)子一般采用稀土永磁材料做激磁磁極，與傳統(tǒng)同步電機(jī)相比，體積和重量大為減小，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，維護(hù)更方便。現(xiàn)代電氣傳動(dòng)控制的發(fā)展趨勢(shì)之一是開發(fā)新的交流調(diào)速與伺服系統(tǒng)。無(wú)論在矢量控制還是標(biāo)量控制中，轉(zhuǎn)速與位置的閉環(huán)控制都需要在電機(jī)軸上安裝一個(gè)速度傳感器，但是由于速度傳感器的引進(jìn)不僅增加了成本，降低了系統(tǒng)可靠性，還存在安裝問(wèn)題，效果并不十分理想。因此高性能無(wú)速度傳感器控制成為近年來(lái)電機(jī)研究的熱點(diǎn)。 本文在系統(tǒng)介紹卡爾曼濾波器的基礎(chǔ)上，將其引入到永磁同步電機(jī)無(wú)速度傳感器狀態(tài)觀測(cè)中。由于永磁同步電機(jī)是一個(gè)強(qiáng)耦合的多階非線性系統(tǒng)，本文采用了工程實(shí)際中普遍采用的泰勒展開式截?cái)嗟姆椒ǎ瑢?duì)電機(jī)方程線性化處理，將卡爾曼濾波算法推廣至非線性系統(tǒng)，并加入了反映電機(jī)系統(tǒng)模型誤差和環(huán)境干擾的系統(tǒng)噪聲和測(cè)量噪聲模型，形成擴(kuò)展卡爾曼濾波算法。擴(kuò)展卡爾曼濾波器將電機(jī)轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速作為系統(tǒng)狀態(tài)變量進(jìn)行實(shí)時(shí)估算，并將所得信息反饋到永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)中。通過(guò)仿真，與電機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行比較，證明了擴(kuò)展卡爾曼濾波具有良好的動(dòng)態(tài)跟蹤能力和抗噪聲能力。 針對(duì)擴(kuò)展卡爾曼濾波算法在無(wú)速度傳感器控制中存在的不足，本文給出了降階線性卡爾曼濾波算法。降階線性卡爾曼濾波算法重新選擇了系統(tǒng)狀態(tài)變量，建立新的完全線性化的系統(tǒng)方程，并且卡爾曼濾波算法中的系統(tǒng)協(xié)方差矩陣成為時(shí)不變序列，因此可以直接應(yīng)用線性卡爾曼濾波算法。仿真結(jié)果證明，與擴(kuò)展卡爾曼濾波算法相比，新的算法更加簡(jiǎn)單，減輕了繁重的參數(shù)調(diào)節(jié)任務(wù)，易于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，不僅具備擴(kuò)展卡爾曼濾波算法的優(yōu)勢(shì)，而且在某些性能方面超越了擴(kuò)展卡爾曼濾波算法。 通過(guò)分析得知，由于將系統(tǒng)模型不確定性與測(cè)量噪聲體現(xiàn)在系統(tǒng)方程中，因此卡爾曼濾波算法在狀態(tài)估算方面具有良好的性能。本文以降階線性卡爾曼濾波 算法為理論基礎(chǔ)，以永磁同步電機(jī)為對(duì)象，以數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）為核心，設(shè)計(jì)了電機(jī)狀態(tài)觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。整個(gè)方案在不增加成本的基礎(chǔ)上，充分利用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）豐富的資源和強(qiáng)大的運(yùn)算能力，通過(guò)檢測(cè)電機(jī)相電流，實(shí)時(shí)估算出電機(jī)轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)速度傳感器，為電機(jī)控制系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速反饋信息。本文的下一步主要工作便是將此系統(tǒng)付諸實(shí)踐，應(yīng)用于實(shí)際工程中，對(duì)卡爾曼濾波算法在永磁同步電機(jī)無(wú)速度傳感器控制方面的性能進(jìn)行進(jìn)一步研究。關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；無(wú)速度傳感器；卡爾曼濾波
標(biāo)簽： 卡爾曼 濾波算法 永磁同步電機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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本文分析了永磁同步直線電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行機(jī)理與運(yùn)行特性，并通過(guò)坐標(biāo)變換，分別得出了電機(jī)在a—b—c，α—β、d—q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。針對(duì)永磁同步直線電機(jī)模型的非線性與耦合特性，采用了次級(jí)磁場(chǎng)定向的矢量控制，并使id=0，不但解決了上述問(wèn)題，還實(shí)現(xiàn)了最大推力電流比控制。為了獲得平穩(wěn)的推力，采用了SVPWM控制，并對(duì)它算法實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究。 針對(duì)速度環(huán)采用傳統(tǒng)PID控制難以滿足高性能矢量控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)PID控制和模糊控制理論的研究，將兩者相結(jié)合，設(shè)計(jì)出能夠在線自整定的模糊PID控制器。將該控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PID控制器應(yīng)用于速度環(huán)，以提高系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能。 在以上分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了永磁同步直線電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的軟、硬件。其中電流檢測(cè)采用了新穎的電流傳感器芯片IR2175，以解決溫漂問(wèn)題；速度檢測(cè)采用了增量式光柵尺，設(shè)計(jì)了與DSP的接口電路，通過(guò)M/T法實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的測(cè)速。最后在Matlab/Simlink下建立了電機(jī)及其矢量控制系統(tǒng)的仿真模型，并對(duì)分別采用傳統(tǒng)PID速度控制器和模糊PID速度控制器的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，結(jié)果表明采用模糊PID控制具有更好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，能有效的抑制暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)下的推力脈動(dòng)，對(duì)于負(fù)載擾動(dòng)具有較強(qiáng)的魯棒性。
上傳時(shí)間： 2013-07-04
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應(yīng)用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的永磁同步電機(jī)交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由永磁同步電機(jī)、電力電子技術(shù)和控制技術(shù)相結(jié)合而形成的新型交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。因其具有良好的運(yùn)行性能而成為當(dāng)代電氣傳動(dòng)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。 永磁同步電機(jī)是一個(gè)多變量、非線性、高強(qiáng)耦合的系統(tǒng)，其輸出轉(zhuǎn)矩與定子電流不成正比，而是復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系，因此要得到好的控制性能，需要進(jìn)行磁場(chǎng)解耦。矢量變換控制技術(shù)正好適用于永磁同步電機(jī)的這種特點(diǎn)。 本文在數(shù)字電機(jī)控制專用DSP芯片TMS320LF2407的基礎(chǔ)上，以永磁同步電機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)其矢量控制技術(shù)進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)。 首先課題根據(jù)永磁同步電機(jī)實(shí)際物理模型，分析推導(dǎo)得到了永磁同步電機(jī)的三相靜止坐標(biāo)系下及兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。 接著課題對(duì)永磁同步電機(jī)運(yùn)行特性進(jìn)行了分析和研究。在此基礎(chǔ)上，課題提出了一種新型的永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)上，課題提出了應(yīng)用不同矢量控制策略的矢量控制方法，并對(duì)其做了仿真驗(yàn)證。 結(jié)果表明，課題設(shè)計(jì)的系統(tǒng)以及應(yīng)用不同矢量控制策略的矢量控制方法準(zhǔn)確可行。 這個(gè)控制系統(tǒng)便于實(shí)現(xiàn)多種矢量控制方法，為永磁同步電機(jī)擴(kuò)速增效提供了理論平臺(tái)。 在理論分析、仿真通過(guò)基礎(chǔ)上，課題對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬件和軟件兩個(gè)方面進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì)。 課題完成了DSP控制系統(tǒng)關(guān)鍵硬件電路的設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)制作了一塊應(yīng)用SCALE模塊的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，此驅(qū)動(dòng)電路響應(yīng)迅速、抗干擾性強(qiáng)，驅(qū)動(dòng)性能優(yōu)越。此外，課題完成了永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)全數(shù)字化設(shè)計(jì)，調(diào)試通過(guò)了速度位置檢測(cè)、電流檢測(cè)、PI調(diào)節(jié)、坐標(biāo)變換等應(yīng)用模塊。 課題最后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的做了全面的總結(jié)，并對(duì)今后的工作方向進(jìn)行了展望。
標(biāo)簽： DSP 永磁同步電機(jī) 技術(shù)研究
上傳時(shí)間： 2013-06-22
上傳用戶：firstbyte
使用二極管和晶閘管實(shí)現(xiàn)的不控和可控整流器，電流波形畸變給電網(wǎng)注入大量諧波和無(wú)功功率，造成嚴(yán)重的電網(wǎng)污染。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，人們開始研究PWM整流技術(shù)。電壓型PWM整流器具有交流側(cè)電流低諧波、高功率因數(shù)、直流電壓輸出穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此，成為當(dāng)前電力電子領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)課題之一。由于PWM整流器具有以上優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)有源濾波、無(wú)功補(bǔ)償、潮流控制、太陽(yáng)能發(fā)電以及交直流傳動(dòng)系統(tǒng)等領(lǐng)域，具有越來(lái)越廣闊的應(yīng)用前景。本論文對(duì)三相PWM整流器進(jìn)行了研究，主要完成以下工作： 首先，對(duì)PWM整流器的工作原理做了介紹，給出了三相PWM整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分析了PWM整流器的換流過(guò)程，給出了PWM整流器的數(shù)學(xué)模型，對(duì)交流側(cè)電感和直流側(cè)電容進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 其次，對(duì)電流滯環(huán)控制、電流PI控制、空間電壓矢量控制三種控制方法分別進(jìn)行了介紹、模型搭建和仿真分析。在直流電壓的控制中加入分段PI控制，使超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)誤差限制在很小的范圍以內(nèi)。在起動(dòng)過(guò)程中串接入限流電阻，使起動(dòng)電流限定允許范圍以內(nèi)。 最后，在進(jìn)行了以上三種控制方式仿真后，針對(duì)電壓空間矢量控制存在的電流誤差問(wèn)題，采用電流超前給定策略和基于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的空間電壓矢量控制策略解決了電流誤差問(wèn)題。 仿真結(jié)果表明，論文所設(shè)計(jì)的三相電壓型PWM整流器實(shí)現(xiàn)了高功率因數(shù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了直流電壓的穩(wěn)定控制，解決了傳統(tǒng)意義上的整流電路中存在諧波含量大、功率因數(shù)低等問(wèn)題，具有良好的工程實(shí)用價(jià)值。
上傳時(shí)間： 2013-06-16
上傳用戶：胡佳明胡佳明
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流電源系統(tǒng)的電能質(zhì)量問(wèn)題受到越來(lái)越多的關(guān)注。傳統(tǒng)的整流環(huán)節(jié)廣泛采用二極管不控整流和晶閘管相控整流電路，向電網(wǎng)注入了大量的諧波及無(wú)功，造成了嚴(yán)重的污染。提高電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)以及降低輸入電流諧波成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。功率因數(shù)校正技術(shù)是減小用電設(shè)備對(duì)電網(wǎng)造成的諧波污染，提高功率因數(shù)的一項(xiàng)有力措施。本文所做的主要工作包括以下幾部分： 1.分析了單位功率因數(shù)三相橋式整流的工作原理，這種整流拓?fù)鋸墓ぷ髟砩峡梢苑殖蓛刹糠郑汗β室驍?shù)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和常規(guī)整流網(wǎng)絡(luò)。在此基礎(chǔ)上，為整流電路建立了精確的數(shù)學(xué)模型。 2.這種單位功率因數(shù)三相橋式整流的輸入電感是在額定負(fù)載下計(jì)算出的，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，其功率因數(shù)會(huì)降低。針對(duì)這種情況，提出了一種新的控制方法。常規(guī)整流網(wǎng)絡(luò)向電網(wǎng)注入的諧波可以由功率因數(shù)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行補(bǔ)償，所以輸入功率因數(shù)相應(yīng)提高。負(fù)載消耗的有功由電網(wǎng)提供，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)既不消耗有功也不提供任何有功。根據(jù)功率平衡理論，可以確定參考補(bǔ)償電流。雙向開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷由滯環(huán)電流控制確定。在這一方法的控制下，雙向開關(guān)工作在高頻下，因此輸入電感值相應(yīng)降低。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明：新的控制方法下，負(fù)載變化時(shí)，輸入電流仍接近于正弦，功率因數(shù)接近1。 3.根據(jù)IEEE-519標(biāo)準(zhǔn)對(duì)諧波電流畸變率的要求，為單位功率因數(shù)三相橋式整流提出了另一種控制方法。該方法綜合考慮單次諧波電流畸變率、總諧波畸變率、功率因數(shù)、有功消耗等性能指標(biāo)，并進(jìn)行優(yōu)化，推導(dǎo)出最優(yōu)電流補(bǔ)償增益和相移。將三相負(fù)載電流通過(guò)具有最優(yōu)電流補(bǔ)償增益和相移的電流補(bǔ)償濾波器，得到補(bǔ)償后期望的電網(wǎng)電流，驅(qū)動(dòng)雙向開關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷。仿真和實(shí)驗(yàn)都收到了滿意的效果，使這一整流橋可以工作在較寬的負(fù)載范圍內(nèi)。 4.單位功率因數(shù)三相橋式整流中直流側(cè)電容電壓隨負(fù)載的波動(dòng)而波動(dòng)，為提高其動(dòng)、靜態(tài)性能，將簡(jiǎn)單自適應(yīng)控制應(yīng)用到了直流側(cè)電容電壓的控制中，并提出利用改進(jìn)的二次型性能指標(biāo)修改自適應(yīng)參數(shù)的方法，可以在實(shí)現(xiàn)對(duì)參考模型跟蹤的同時(shí)又不使控制增量過(guò)大，與常規(guī)的PI型簡(jiǎn)單自適應(yīng)控制相比在適應(yīng)律的計(jì)算中引入了控制量的增量和狀態(tài)誤差在k及k+1時(shí)刻的采樣值。利用該方法為直流側(cè)電壓設(shè)計(jì)了控制器，并進(jìn)行了仿真與實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明與PI型適應(yīng)律相比，新的控制器能提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，負(fù)載變化時(shí)系統(tǒng)的魯棒性更強(qiáng)。
上傳時(shí)間： 2013-06-15
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