多机联动永磁同步电动机驱动系统的研究

论文摘要

相对感应电动机来说,永磁同步电动机具有结构紧凑、重量轻、功率密度高、转子无发热问题和控制系统较异步电机简单等优点,因此,在机械制造、工业机器人、航空航天和电力牵引等领域得到广泛的应用。近20年来,随着高性能永磁材料的问世及电力电子技术、自动控制技术和微电子技术的发展,以永磁同步电动机为动力核心的驱动系统已受到国内外的普遍重视。目前国内对永磁同步电动机驱动系统的研究多集中在小功率方面,不能满足某些特殊场合的要求。因此研究多机联动永磁同步电动机驱动系统并实现其推广应用具有重要的现实意义。本论文首先介绍了永磁同步电动机驱动系统的研究现状和发展趋势;由矢量坐标变换理论出发,推导了永磁同步电动机dq 0轴电压方程、磁链方程以及转矩方程。其次,本论文详细讨论了永磁同步电动机的矢量控制,在dq坐标系下分析了矢量控制理论用于永磁同步电动机的几种电流控制策略,其中包括i d=0控制、cos ? =1控制、最大转矩/电流控制方式。然后,讨论了直接转矩控制的原理和直接转矩控制在永磁同步电动机控制上的运用。通过理论上的比较确定了以i d=0矢量控制为基础的三轴联动驱动系统方案。最后文章给出了三轴联动永磁同步电动机驱动系统的硬件电路、软件流程、控制器参数设计方法和实验数据,实验表明该系统的各项性能达到了预定指标,为多机联动永磁同步电动机驱动系统的实用化和推广提供了参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 永磁同步电动机驱动系统发展概况及趋势
• 1.2.1 永磁同步电动机驱动系统发展概况
• 1.2.2 永磁同步电动机驱动系统发展趋势
• 1.3 永磁同步电动机驱动系统的研究意义及本文的主要研究内容
• 第2章 永磁同步电动机的数学模型
• 2.1 坐标变换理论
• 2.1.1 变换原理
• 2.1.2 功率不变条件下的坐标变换矩阵
• 2.1.3 矢量控制坐标变换矩阵
• 2.2 永磁同步电动机的数学模型
• 2.3 本章小结
• 第3章 永磁同步电动机的控制方法的比较
• 3.1 永磁同步电动机的基本控制方式
• 3.1.1 永磁同步电动机的开环控制
• 3.1.2 永磁同步电动机的闭环控制
• 3.2 永磁同步电动机矢量控制
• 3.3 永磁同步电动机矢量控制的电流控制策略
• d= 0 控制'>3.3.1 i_d= 0 控制
• 3.3.2 cosφ = 1 控制
• 3.3.3 最大转矩/电流控制
• 3.4 永磁同步电动机的直接转矩控制
• 3.4.1 永磁同步电动机直接转矩控制的基本思想
• 3.4.2 传统的永磁同步电动机直接转矩控制系统
• 3.4.3 基于 SVPWM 的永磁同步电动机DTC 系统
• 3.5 仿真分析
• 3.5.1 MATLAB 介绍
• d=0控制的仿真分析'>3.5.2 i_d=0控制的仿真分析
• 3.5.3 直接转矩控制的仿真分析
• 3.6 小结
• 第4章 多机联动永磁同步电动机驱动系统的实现
• 4.1 多机联动永磁同步电动机驱动系统整体设计
• 4.1.1 技术指标要求
• 4.1.2 整体设计
• 4.2 多机联动永磁同步电动机驱动系统逆变电路设计
• 4.2.1 IGBT 模块选择
• 4.2.2 滤波电容及预充电电路的选择
• 4.2.3 制动单元选择
• 4.3 多机联动永磁同步电动机驱动系统控制电路设计
• 4.3.1 控制芯片
• 4.3.2 电流检测电路
• 4.3.3 转子位置/转速检测电路
• 4.3.4 IGBT 驱动电路
• 4.3.5 晶闸管触发电路
• 4.3.6 继电器输出电路
• 4.4 系统软件总体结构
• 4.5 软件模块的实现
• 4.5.1 永磁同步电机控制器的设计
• 4.5.2 SVPWM 的原理及实现
• 4.5.3 速度及位置的测量
• 4.6 系统软件设计
• 4.6.1 开发环境和编程语言
• 4.6.2 系统软件流程
• 4.7 本章小结
• 第5 章 实验结果
• 5.1 单台永磁同步电机驱动系统的实验结果
• 5.2 三台永磁同步电机连轴驱动的实验结果
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢