学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

多相永磁同步电动机调速系统控制方法的研究

作　者: 欧阳红林
导　师: 童调生
学　校: 湖南大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 多相永磁同步电动机变频调速时空谐波数学模型位置角检测磁场定向对称运行不对称运行
分类号: TM351
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
下　载: 1127次
引　用: 17次
阅　读: 论文下载

内容摘要

多相永磁同步电动机变频调速系统因为其高可靠性而成为电气传动领域的研究重点。多相永磁同步电动机的应用侧重于军事以及高可靠性、大功率的场合,如:核电站循环水电动机、舰船推进系统等。目前这种变频调速系统在国外潜艇的电力推进系统中成功地进行了海上实验。然而,作为一种新技术,它的控制方法在理论上和实践中仍然存在大量值得研究和探讨的问题。特别是对多相永磁同步电动机在出现定子绕组一相或多相开路故障后的控制方法,目前国内外还缺乏系统性的深入研究。本文对多相永磁同步电动机变频调速系统进行了全面系统性的深入研究,重点研究了多相永磁同步电动机出现故障后的控制策略,文中提出的方法和得出的结论对多相永磁同步电动机出现开路故障后的高性能控制具有十分重要的意义,全文主要内容有: (1)建立了多相永磁同步电动机在逆变器供电下的数学模型和谐波分析方法。文中第二章利用电压矢量空间解耦的方法,通过标准基向谐波基的转化,建立了多相永磁同步电动机在谐波基下的数学模型。该模型将m维空间的多相永磁同步电动机模型解耦至若干个相互垂直的平面上,为深入、全面理解多相永磁同步电动机提供了理论基础。建立了任意m相永磁同步电动机的谐波电势和磁势计算公式,并对不同的时空谐波引起的电机谐波转矩给出了定量的分析。为根据系统设计要求选择永磁同步电机的相数提供了理论依据。 (2)实现了多相永磁同步电动机磁场定向解耦控制。交流电机是一个多变量、非线性、强耦合的电磁系统。同传统的三相永磁同步电动机相比,多相永磁同步电动机是一个有更多变量的非线性、强耦合系统。在传统的静止坐标系下无法获得多相永磁同步电动机的精确的转矩控制,论文的第三章重点阐述了在多相静止坐标系下多相永磁同步电动机的数学模型向以永磁磁链ψ_f为直轴的两相旋转坐标系下的数学模型变换。提出了满足功率不变和磁势不变原则的变换方阵的计算方法,在新坐标系下,通过控制多相永磁电动机定子电流和直轴分量i_d=0,实现了多相永磁同步电动机电磁转矩的解耦控制,使多相永磁同步电动机具有同直流他励电动机同样的转矩控制性能。在本章中针对传统的PI调节器的不足,提出了一种将非线性的模糊控制器和传统的线性PI调节相结合的Fuzzy-PI双模调节器用于多相PMSM的速度调节,以改善调速系统的动态性能和克服参数变换对系统的影响。通过计算机仿真结果证明了这种双模控制器比传统的PI调节器具有更好的动态性能。多相永磁同步电动机的磁场定向解耦控制需要知道转子磁链所处位置角的信息,通常采用与电机同轴连接的光电编码器、旋转变压器来获取位置

全文目录

摘要  8-10
Abstract  10-13
插图索引  13-16
附表索引  16-17
第1章绪论  17-27
  1.1 引言  17-18
  1.2 多相电动机调速系统的研究历史  18-20
  1.3 多相电动机变频调速系统控制策略研究现状及存在的问题  20-24
    1.3.1 多相感应电机基于滞环的矢量控制  21-22
    1.3.2 基于矢量解耦的多相电机矢量控制  22-23
    1.3.3 多相感应电机DTC  23-24
  1.4 课题研究背景  24-25
  1.5 主要研究内容  25-27
第2章多相永磁电机数学模型及谐波分析  27-42
  2.1 引言  27
  2.2 多相电机相数的定义  27-28
  2.3 多相电机矢量空间变换  28-33
  2.4 多相永磁同步电机概述  33-34
  2.5 谐波基下的多相PMSM数学模型  34-35
  2.6 逆变器供电下多相永磁同步电机谐波分析  35-41
    2.6.1 逆变器供电下的时空谐波分析  36-39
    2.6.2 逆变器供电下PMSM谐波转矩分析  39-40
    2.6.3 多相永磁同步电动机相数的选择依据  40-41
  2.7 本章小结  41-42
第3章多相永磁同步电机的磁场定向控制  42-72
  3.1 引言  42-43
  3.2 磁场定向控制原理的研究背景  43-44
  3.3 多相PMSM的磁场定向控制  44-55
    3.3.1 双Y移30°六相PMSM的结构  44
    3.3.2 六相静止坐标下多相PMSM数学模型  44-46
    3.3.3 多相永磁同步电机的坐标变换  46-50
      3.3.3.1 六相静止坐标系到两相静止坐标系的变换(6s／2s)  46-48
      3.3.3.2 二相静止坐标系到二相旋转坐标系的变换(2s／2r)  48-49
      3.3.3.3 六相静止坐标系到二相旋转坐标系的变换(6s／2r)  49-50
    3.3.4 多相PMSM在二相旋转坐标系的数学模型  50-54
    3.3.5 基于i_d=0的多相PMSM磁场定向控制  54-55
  3.4 多相PMSM基于磁场定向控制的变频调速系统仿真研究  55-59
    3.4.1 双Y移30°六相PMSM仿真框图  55-56
    3.4.2 三相永磁同步电动机仿真框图  56-57
    3.4.3 同容量三相PMSM与六相PMSM参数比较  57-58
    3.4.4 仿真结果及分析  58-59
  3.5 多相永磁同步电动机的Fuzzy-PI双模控制  59-65
    3.5.1 模糊控制原理  59-61
    3.5.2 速度环采用模糊控制的多相PMSM磁场定向控制  61-64
    3.5.3 采用Fuzzy-PI双模控制的多相PMSM调速系统  64-65
  3.6 多相永磁同步电动机位置角估算方法  65-70
    3.6.1 多相PMSM转子磁链位置角的检测原理  65-67
    3.6.2 转子磁链位置角的计算方法  67-69
    3.6.3 实验结果  69-70
  3.7 本章小结  70-72
第4章多相永磁同步电机不对称运行的磁势补偿控制  72-90
  4.1 概述  72-73
  4.2 多相PMSM采用磁场定向控制方法时的磁势计算  73-75
  4.3 一相开路故障时PMSM的磁势和电磁转矩  75-76
  4.4 两相开路故障时PMSM的磁势和电磁力矩  76-78
  4.5 多相PMSM故障后无补偿控制时的仿真  78-81
  4.6 基于定子总磁势不变的多相PMSM补偿控制  81-88
  4.7 双Y移30°六相PMSM故障后采用补偿控制的仿真  88-89
  4.8 本章小结  89-90
第5章绕组不对称结构的多相PMSM磁场定向控制  90-126
  5.1 引言  90
  5.2 不对称多相PMSM按传统d-q坐标变换存在的问题  90-97
    5.2.1 五相静止坐标系到二相旋转坐标系的变换(5s／2r)  90-93
    5.2.2 多相PMSM一相开路时在d-q坐标系下的数学模型  93-96
    5.2.3 不对称多相PMSM在d-q坐标系下数学模型的分析  96-97
  5.3 不对称结构的多相永磁同步电动机磁场定向控制  97-104
    5.3.1 不对称PMSM在虚拟的旋转坐标系下的数学模型  97-101
    5.3.2 不对称多相PMSM基于i_d~e=0的磁场定向控制及仿真  101-104
  5.4 两相开路时双Y移30°六相PMSM的磁场定向控制  104-110
  5.5 结构不对称的一般化电机数学模型及虚拟变换  110-115
  5.6 高可靠性多相PMSM调速系统设计方案  115-124
    5.6.1 具有容错能力的多相PMSM变频调速系统原理图  115-122
      5.6.1.1 电机主电路  117-118
      5.6.1.2 驱动电路  118-119
      5.6.1.3 相电流检测及综合故障判断  119
      5.6.1.4 永磁体磁链ψ_f的位置角检测和速度检测  119-120
      5.6.1.5 电流调节  120-121
      5.6.1.6 速度调节  121-122
    5.6.2 多相PMSM控制系统硬件电路结构  122-124
  5.7 本章小结  124-126
结论与展望  126-129
参考文献  129-136
致谢  136-137
附录A：攻读学位期间所发表的学术论文目录  137-138
附录B：攻读学位期间所承担的主要科研项目  138-139
附录C：攻读学位期间科研成果获奖情况  139

多相永磁同步电动机调速系统控制方法的研究

内容摘要

全文目录

相似论文