永磁同步电机控制策略研究及仿真

论文摘要

永磁同步电机相对于其它电机而言有着优异的控制性能,己广泛应用于社会生活之中,而且,由于我国在永磁体稀土方面的资源极为丰富,这就使研究永磁同步电机的控制显得十分重要。本文研究了永磁同步电机的控制策略,并做了仿真研究,为实际应用提供了充分的理论依据。论文对永磁同步电机的结构和特点进行了分析,介绍了永磁同步电机控制中常用的三种坐标系及相互变换关系,给出了永磁同步电机在不同坐标系下的数学模型,重点介绍了d-q坐标系下的数学模型。在此基础上,对永磁同步电机在有速度传感器条件下的控制策略和无速度传感器条件下的控制策略分别进行了研究。有速度传感器控制中,研究了空间矢量控制（SVPWM）、直接转矩控制（DTC）、及基于空间矢量调制的直接转矩控制（SVM-DTC）三种控制策略的原理及其实现方法,在Matlab/simulink下,分别构建系统的仿真模型,进行仿真验证。无速度传感器控制中,研究了基于磁链矢量角速度辨识的直接转矩控制策略和基于MRAS速度辨识的矢量控制策略的原理和实现方法,分别给出Matlab/simulink下系统的仿真模型,并进行仿真验证。通过前述研究,明确了各种控制策略中存在着一定的不足之处。针对这些不足,进行了深入的研究,提出了相应的优化与改进的措施。直接转矩控制中,转矩和磁链脉动较大,提出了优化电压矢量开关表、改进磁链观测器等改进方法;而无速度传感器控制中,转矩变化时,速度估计存在较大偏差,提出了变参数调节、增加速度补偿等改进方法:同时,对改进方法,在Matlab/simulink中进行了仿真验证,结果表明了改进方法的正确性和有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题研究背景
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文主要工作
• 第2章 永磁同步电机结构及数学模型
• 2.1 永磁同步电机概述
• 2.1.1 永磁同步电机的结构
• 2.1.2 永磁同步电机的特点
• 2.1.3 永磁同步电机的分类
• 2.2 坐标变换
• 2.2.1 三相静止坐标系（A-B-C轴系）
• 2.2.2 两相静止坐标系（α-β轴系）
• 2.2.3 两相旋转坐标系（d-q轴系）
• 2.2.4 三相静止坐标系与两相静止坐标系间的变换（3s/2s）
• 2.2.5 两相静止坐标系与两相旋转坐标系间的变换（2s/2r）
• 2.3 永磁同步电机数学模型
• 2.3.1 永磁同步电机A-B-C坐标系下数学模型
• 2.3.2 永磁同步电机α-β坐标系下数学模型
• 2.3.3 永磁同步电机d-q坐标系下数学模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于有速度传感器的控制策略研究及仿真
• 3.1 MATLAB/SIMULINK仿真环境
• 3.2 空间矢量控制系统
• 3.2.1 矢量控制原理
• 3.2.3 SVPWM
• 3.2.4 空间矢量控制仿真模型
• 3.2.5 仿真结果及结论
• 3.3 直接转矩控制系统
• 3.3.1 直接转矩控制原理
• 3.3.2 磁链及转矩计算
• 3.3.3 区间判断
• 3.3.4 电压矢量表的选择
• 3.3.5 直接转矩控制系统仿真模型
• 3.3.6 仿真结果及结论
• 3.4 基于空间矢量调制的直接转矩控制系统
• 3.4.1 SVM-DTC控制原理
• 3.4.2 参考电压矢量的生成
• 3.4.3 系统的实现
• 3.4.4 仿真结果及结论
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于无速度传感器的控制策略研究及仿真
• 4.1 无速度传感器技术概述
• 4.2 基于磁链矢量角的速度辨识控制系统
• 4.2.1 磁链矢量角速度辨识
• 4.2.2 仿真结果及结论
• 4.3 基于MRAS速度辨识控制系统
• 4.3.1 模型参考自适应系统
• 4.3.2 MRAS速度辨识
• 4.3.3 系统实现
• 4.3.4 仿真结果及结论
• 4.4 其他无速度传感器的控制策略
• 4.5 本章小结
• 第5章 控制策略的优化与改进
• 5.1 直接转矩控制的改进
• 5.1.1 优化开关矢量表
• 5.1.2 定子电阻补偿
• 5.1.3 改进磁链估计
• 5.2 MRAS速度辨识的改进
• 5.2.1 变比例系数
• 5.2.2 加入速度补偿
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢