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永磁同步电机模糊参数自整定控制系统研究

作　者: 李龙
导　师: 刘桂秋
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 永磁同步电机矢量控制空间电压矢量脉宽调制模糊PID DSP
分类号: TM351
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着永磁材料制造技术、电力电子技术、微处理器、控制理论的发展，永磁同步电机越来越广泛的被应用于交流调速系统中。尤其是数字信号处理器（DSP）的快速发展，为先进控制算法的应用提供了硬件基础，使永磁同步电机交流调速系统成为近期的研究热点。本文针对如何提高永磁同步电机交流调速系统的控制性能及其实现来展开研究，主要内容如下：分析了不同结构的永磁同步电机的特点，结合矢量控制原理建立了永磁同步电机的动态数学模型。采用了转矩电流比最大的矢量控制策略作为本控制系统的电流控制策略。按照工程设计法，设计了永磁同步电机控制系统的电流环和速度环的PID控制器，并分析了PID控制器及传统模糊PID控制器的不足。在此基础上，提出采用一种简单的量化因子自调整模糊PID控制器，并在MATLAB平台上搭建了整个控制系统的仿真模块，来验证所提出的控制器的可行性并为控制系统软件的设计提供参考。为了验证设计的控制器的可行性，基于TI公司的TMS320F2812DSP设计了系统控制电路及功率驱动电路，并对硬件系统进行调试，调试结果证明本硬件系统性能稳定，可以满足对永磁同步电机的控制，为进一步提高永磁同步电机交流调速系统性能的研究打下了坚实的基础。以C语言为主要开发语言，设计了整个控制系统的软件。主要包括SVPWM程序，电流及转速检测程序，电流环及速度环的控制程序，并给出了软件设计流程图。对所设计的软、硬件平台进行联合调试，实验结果显示系统响应速度快，稳态精度较高，证明本控制器设计有效，提高了永磁同步电机交流调速系统的控制性能。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-17
  1.1 研究背景及意义  11-12
  1.2 永磁同步电机调速系统控制策略及控制方法  12-14
    1.2.1 矢量控制策略与直接转矩控制策略  12-13
    1.2.2 现代控制理论及智能算法的应用  13-14
  1.3 永磁同步电机调速系统的发展  14-16
    1.3.1 电力电子技术  14
    1.3.2 微处理器  14-15
    1.3.3 位置传感器  15
    1.3.4 永磁同步电机调速系统国内外研究现状  15-16
  1.4 本文的主要研究内容  16-17
第二章永磁同步电机的矢量控制原理  17-25
  2.1 永磁同步电机的结构、分类与工作原理  17-18
  2.2 矢量控制的基本原理  18-19
    2.2.1 矢量控制的基本思想  18
    2.2.2 坐标变换  18-19
  2.3 永磁同步电机的数学模型  19-21
    2.3.1 三相静止坐标系（ABC）及α-β下的数学模型  20
    2.3.2 同步旋转坐标系d-q下的数学模型  20-21
  2.4 永磁同步电机的矢量控制策略  21-24
  2.5 本章小结  24-25
第三章永磁同步电机控制系统设计与仿真  25-43
  3.1 电流控制器的设计  25-26
  3.2 速度控制器的设计  26-33
    3.2.1 常规PID控制器设计  26-27
    3.2.2 模糊PID控制器设计  27-32
    3.2.3 量化因子自调整模糊PID控制器设计  32-33
  3.3 系统仿真  33-41
    3.3.1 电流环系统仿真  33-38
    3.3.2 速度环系统仿真  38-39
    3.3.3 控制系统仿真结果与分析  39-41
  3.4 本章小结  41-43
第四章控制系统硬件设计  43-52
  4.1 运动控制专用DSP--TMS320F2812  43-44
  4.2 TMS320F2812 的外围电路  44-47
    4.2.1 外部扩展存储器  44-45
    4.2.2 串行通信接口SCI  45-46
    4.2.3 人机接口电路  46-47
  4.3 主电路  47-49
    4.3.1 交-直-交型逆变电路  47
    4.3.2 驱动电路  47-48
    4.3.3 保护电路  48-49
  4.4 检测电路  49-51
    4.4.1 定子相电流检测电路  49-50
    4.4.2 直流母线电流检测电路  50
    4.4.3 转子位置信号检测电路  50-51
  4.5 本章小结  51-52
第五章控制系统软件设计  52-64
  5.1 软件集成开发环境介绍  52
  5.2 控制系统软件设计的整体思想  52
  5.3 定点DSP的数据格式处理  52-53
    5.3.1 Q格式  52-53
    5.3.2 标幺值（PU）  53
  5.4 主程序  53-54
  5.5 主要的模块化子程序  54-63
    5.5.1 T1 下溢中断子程序  54-56
    5.5.2 SVPWM生成子程序  56-57
    5.5.3 电流检测子程序  57-58
    5.5.4 QEP及速度检测子程序  58-59
    5.5.5 转子初始位置检测子程序  59-61
    5.5.6 量化因子自调整模糊PID控制子程序  61-63
  5.6 本章小结  63-64
第六章实验结果及分析  64-71
  6.1 实验设备及实验方法  64-66
    6.1.1 实验设备  64-65
    6.1.2 实验方法  65-66
  6.2 电流环实验  66-68
    6.2.1 SVPWM波形  66-67
    6.2.2 线电压波形  67
    6.2.3 相电流波形  67-68
  6.3 速度环实验  68-71
第七章结论  71-73
参考文献  73-76
在学研究成果  76-77
致谢  77

永磁同步电机模糊参数自整定控制系统研究

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