低速大转矩永磁同步电动机无传感器控制系统研究

论文摘要

本文选择低速大转矩传动系统中的典型应用实例——无齿轮电梯曳引机驱动统为工程背景,以低速大转矩永磁同步电动机为研究对象,研究分析了低速大转矩PMSM的无位置传感器矢量控制系统。该传动系统采用SVPWM变频电源给电机供电,直接带动曳引轮曳引电梯运行,不需要机械减速机构,使得传动系统的机械结构变得非常简单,大大减轻了繁重的日常维护工作,使系统的可靠性和利用率也大为增高。首先,在对无传感器永磁同步电动机转子位置检测方法进行深入分析的基础上,设计了一种鲁棒性好、控制算法简单、易于工程实现的基于滑模观测器的转子位置估计方法。其次,分析了PMSM的数学模型和矢量控制方案,选择了i_d=0的控制方案并建立了基于滑模观测器的低速大转矩PMSM无传感器矢量控制系统的模型。通过MATLAB/Simulink软件对低速大转矩的PMSM无齿轮传动系统进行了建模和仿真,结果表明了该无传感器算法的可行性和建模的正确性。最后,采用高速的数字信号处理器(DSP)作为控制器;使用了智能功率模块(IPM)作为逆变环节,缩减了控制系统的体积;电流检测采用LEM公司的霍尔传感器,提高了系统采样精度。以TMS320LF2407为核心,采用汇编语言编写了完整的系统控制软件,完成了定子相电流采样、转子速度/位置观测、驱动信号输出等功能。在本文设计的系统试验平台上,按照设计的硬件和软件方案,对无位置传感器控制策略进行了实验研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的来源
• 1.2 选题的依据
• 1.3 课题的研究现状
• 1.4 木论文的主要内容
• 第二章 低速大转矩PMSM传动系统控制策略
• 2.1 低速大转矩PMSM无齿轮传动系统的特点
• 2.2 永磁同步电动机的矢量控制
• 2.2.1 坐标变换
• d=0矢量控制系统的实现'>2.2.2 i_d=0矢量控制系统的实现
• 2.3 电压空间矢量调制
• 2.3.1 SVPWM基木原理
• 2.3.2 SVPWM调制算法的研究
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于滑模观测器的转子位置及转速的估算
• 3.1 滑模控制的原理
• 3.1.1 滑动模态
• 3.1.2 滑模控制基本问题——滑模的存在性、能达性和稳定性
• 3.1.3 变结构控制的动态品质
• 3.1.4 滑模变结构等效控制的基本思想
• 3.1.5 滑模控制的优缺点
• 3.2 基于滑模观测器的无位置传感器矢量控制系统
• 3.2.1 永磁同步电动机数学模型
• 3.2.2 滑模观测器及低通滤波器的设计
• 3.2.3 定子电阻变化对滑模观测器的影响
• 3.3 转子相位初始化
• 3.4 本章小结
• 第四章 仿真研究及结果分析
• 4.1 基于滑模观测器的PMSM无位置传感器矢量控制系统模块的搭建
• 4.1.1 低速大转矩永磁同步电动机及坐标变换模块的搭建
• 4.1.2 滑模观测器及SVPWM模块的搭建
• 4.1.3 基于滑模观测器的PMSM无传感器矢量控制系统仿真模型搭建
• 4.2 仿真结果的分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 系统硬件电路及软件设计
• 5.1 永磁同步电动机的DSP控制系统整体结构
• 5.2 系统主电路及驱动电路设计
• 5.2.1 主电路设计
• 5.2.2 逆变电路IPM的选择
• 5.2.3 驱动电路设计
• 5.3 主控制器的选择
• 5.4 定子电流检测电路的设计
• 5.5 IPM保护电路的设计
• 5.6 系统直流电源设计
• 5.7 软件设计思想
• 5.8 主程序的设计
• 5.9 定时器中断服务子程序
• 5.9.1 带上下限的数字PI调节器设计
• 5.9.2 矢量变换模块的软件实现
• 5.9.3 无位置传感器控制算法的软件实现
• 5.9.4 SVPWM输出的软件实现
• 5.10 实验结果分析
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢