永磁同步电动机矢量控制及弱磁方法的研究

论文摘要

相对感应电动机而言,永磁同步电动机具有体积小、效率高、功率密度大等优点。因此,自20世纪80年代起,伴随着微型计算机技术、电力电子技术等技术的发展及稀土永磁材料等的使用,在中小容量的运动控制系统中永磁同步电动机得到了越来越多的应用。与此同时,对永磁同步电动机系统性能的研究也进入了一个新阶段。空间电压矢量控制技术是矢量控制及弱磁控制技术的基础,本文深入研究了其基本原理,并在Matlab/SimuLink中搭建了各部分的仿真模型,为之后矢量控制系统及弱磁控制技术的仿真研究奠定了基础；研究了永磁同步电动机的矢量控制系统,主要包括坐标变换理论和dq坐标系下的数学模型以及矢量控制的原理,在此基础上搭建了矢量控制系统的仿真模型。启动、调速及抗负载扰动等稳态及动态性能的仿真结果验证了矢量控制理论的正确性；本文在深入研究永磁同步电动机弱磁调速技术的基础上,采用梯度下降法进行弱磁调速。对其中弱磁区域的划分、dq轴定子电流参考值的确定方法、不同弱磁区域内电流参考值的修正方法以及修正方法中系数的取值进行了深入研究；在矢量控制系统仿真模型的基础上搭建了弱磁调速系统的仿真模型,弱磁区域稳态及动态性能的仿真结果表明该控制方法的可行性,为后续系统实现奠定了基础。在实验系统的软硬件实现方面,为了方便程序的调试,本文在实验室已有的基于数字信号处理（Digital signal processing, DSP）芯片TMS320F2812的实验平台上设计了CAN-USB通讯电路,运用VB和C语言分别编写了PC机和DSP通讯程序,实现了DSP与上位机的数据交换及数据处理,极大地方便了程序的调试。对电机转子进行了初始定位,使其能够迅速从任意位置转到系统设定的起动位置；对系统的电流内环进行了调试,通过调节PI调节器的参数,使交轴电流的反馈值跟踪给定值,同时检测了定子电流,电机稳定后能够满足系统幅值不变的条件。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号表
• 第一章 绪论
• 1.1 永磁同步电动机的结构及特点
• 1.2 弱磁调速技术研究现状
• 1.2.1 控制方法
• 1.2.2 电机结构方面
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 空间电压矢量PWM（SVPWM）控制技术
• 2.1 空间电压矢量SVPWM的控制原理
• 2.1.1 空间电压矢量概念
• 2.1.2 基本电压空间矢量
• 2.2 电压空间矢量SVPWM技术的实现
• 2.2.1 开关时间的计算及仿真模块的搭建
• 2.2.2 扇区的选择及仿真模块的搭建
• 2.2.3 电压空间矢量切换点的计算及仿真模块的搭建
• 2.2.4 产生电压空间矢量对应的PWM波及仿真模块的搭建
• 第三章 永磁同步电动机的矢量控制
• 3.1 坐标变换理论
• 3.1.1 abc坐标系与dq坐标系的变换
• 3.1.2 αβ坐标系与dq坐标系、abc坐标系的变换
• 3.1.3 坐标变换模块的仿真实现
• 3.2 永磁同步电动机dq轴数学模型
• 3.3 永磁同步电动机的矢量控制
• 3.4 永磁同步电动机矢量控制系统仿真模型
• 3.5 永磁同步电动机矢量控制系统仿真实验
• 3.5.1 起动性能仿真
• 3.5.2 抗负载扰动性能仿真
• 3.5.3 调速性能仿真
• 3.5.4 过载能力仿真计算
• 3.6 仿真结果分析
• 第四章 永磁同步电动机的弱磁控制技术
• 4.1 永磁同步电动机弱磁控制的原理
• 4.1.1 电流极限圆与电压极限椭圆
• 4.1.2 永磁同步电动机弱磁原理及过程
• 4.2 永磁同步电动机弱磁控制技术的方法
• 4.2.1 弱磁区域的确定
• 4.2.2 调速系统结构框图
• 4.2.3 MTPA模块的计算及仿真模型的建立
• 4.2.4 电流参考值的修正及仿真模型的建立
• 4.2.5 仿真系统整体模型
• 4.3 系统仿真实验
• 4.3.1 电流修正值比例系数的选取
• 4.3.2 电机起动性能仿真实验
• 4.3.3 电机抗扰性能仿真实验
• 4.4 仿真结果分析
• 第五章 永磁同步电动机调速系统硬件、软件设计及实验结果
• 5.1 系统硬件电路的介绍
• 5.1.1 IPM的介绍
• 5.1.2 DSP芯片TMS320F2812介绍
• 5.1.3 基于ADS8365的信号采集
• 5.1.4 信号检测与调理
• 5.1.5 CAN总线
• 5.2 系统软件设计
• 5.2.1 软件总体设计
• 5.2.2 电流内环程序设计
• 5.2.3 TMS320F2812 CAN模块与上位机通信的软件设计
• 5.3 系统实验结果
• 5.3.1 电机初始定位
• 5.3.2 系统内环调试
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文