连续波泥浆脉冲发生器中永磁同步电机控制系统的研究

论文摘要

随着永磁同步电机、电力电子器件及控制理论的发展,永磁同步电机控制系统被广泛地应用在各种运动控制领域,其中常见的有速度控制和位置控制系统。本文研究连续波泥浆脉冲发生器中的永磁同步电机控制系统,它是一种动态位置控制系统。首先根据系统应用背景,确定系统的具体控制目标及电机的运动方式,设计出以矢量控制策略为基础,基于速度环和位置环的两种控制方案。系统控制器的设计直接影响到控制方案的实现和系统的性能。本系统采用经典的PID控制器。结合PID控制器的理论分析,建立了电流环、速度环及位置环的等效动态模型,将各环节校正为I型或II型的系统,设计了相应的控制器结构,推导了各个控制器参数的计算公式。然后利用MATLAB/SIMULINK对系统进行了仿真研究。搭建了系统完整的仿真模型,深入分析了仿真结果,验证了两种控制方案及控制器设计的可行性。接着设计了系统的硬件和软件。硬件平台以TMS320F2812为核心控制芯片,由外围电路、电流检测保护、功率驱动电路及位置信号处理电路等组成。对于软件部分,在设计主程序及中断服务子程序的基础上,设计了两种控制方案的软件流程,并通过位置差分计算获得速度反馈量,对电流及速度标定,确定位置给定的方法。最后搭建了由电源、硬件开发平台、永磁同步电机及旋转变压器组成的实验系统,进行了实验研究。求得各闭环控制器具体参数,并编程实现了系统两种控制方案。实验结果表明了两种方案都能够实现系统控制目标,系统控制器效果良好。基于位置环的控制方案可以克服速度环方案在负载扰动等情况下的位置误差积累,所以对于本系统前者是更优的方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 永磁同步电机控制系统的发展及应用
• 1.2.1 永磁同步电机控制系统的应用
• 1.2.2 永磁同步电机系统控制策略的发展
• 1.2.3 永磁同步电机系统控制器的发展
• 1.3 本论文的主要研究内容
• 第2章 系统的控制方案及控制器的设计
• 2.1 引言
• 2.2 连续波泥浆脉冲发生器的工作原理
• 2.3 永磁同步电机控制系统的控制目标
• 2.4 系统的控制方案设计
• 2.5 系统的矢量控制策略
• 2.5.1 PMSM数学模型及矢量控制
• 2.5.2 电压空间矢量SVPWM技术的原理
• 2.6 系统控制器设计
• 2.6.1 PID控制器
• 2.6.2 电流环控制器的设计
• 2.6.3 速度环控制器的设计
• 2.6.4 位置环控制器的设计
• 2.7 本章小结
• 第3章 控制系统的仿真研究
• 3.1 引言
• 3.2 系统的矢量控制仿真
• 3.3 控制系统的仿真验证
• 3.3.1 基于速度环控制的仿真验证
• 3.3.2 基于位置环控制的仿真验证
• 3.4 本章小结
• 第4章 控制系统的硬件和软件设计
• 4.1 引言
• 4.2 系统硬件设计
• 4.3 系统软件设计
• 4.3.1 软件总体设计
• 4.3.2 速度测量
• 4.3.3 电流及速度标定
• 4.3.4 位置给定
• 4.4 本章小结
• 第5章 控制系统的实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 系统的实验装置
• 5.3 系统速度环和位置环的实现
• 5.4 系统控制方案的实验研究
• 5.4.1 基于速度环控制的实验结果及分析
• 5.4.2 基于位置环控制的实验结果及分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢