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基于间接式矩阵变换器的永磁同步电机控制系统的研究

作　者: 潘筱
导　师: 孙立山；刘洪臣
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 间接式矩阵变换器永磁同步电机伺服系统模糊控制无速度传感器
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

矩阵变换器是一种新型的交-交电力变换器,具有输入输出电流为正弦波,单位功率因数,能量双向流动,无大体积直流环节储能元件等优点。间接式矩阵变换器是近年发展起来的一种新型矩阵变换器,由于具有相对独立的整流侧和逆变侧,相对于传统直接式矩阵变换器,其结构简单,并可用成熟的控制策略分别对整流侧和逆变侧进行控制。永磁同步电机是一种常用的伺服电机,结构简单、可靠性高、功率密度高,且转速与输入电流频率严格成正比,广泛应用于航空航天、国防、机器人、数控机床等领域。本文将间接式矩阵变换器用于永磁同步电机伺服系统中,研究基于间接式矩阵变换器的闭环控制系统,实现两者的优势结合,在伺服系统中具有良好的应用前景。本文首先介绍了课题背景,包括矩阵变换器的产生、发展、优势、应用以及基于矩阵变换器的永磁同步电机伺服系统的研究现状,阐述了本课题的目的和意义。其次,分别对间接式矩阵变换器的整流侧和逆变侧进行调制。运用传统电力变换器的成熟技术,对间接式矩阵变换器的整流侧采用PWM控制策略,对逆变侧采用SVPWM控制策略,实现对间接式矩阵变换器的调制,进行交-交电力变换。然后,基于间接式矩阵变换器和矢量控制技术,设计了永磁同步电机闭环伺服控制系统,包括速度伺服和位置伺服,对指令转速和指令位置进行跟踪。闭环系统反馈回路包括电流环、速度环和位置环。传统上,电流环和速度环采用PI调节,位置环采用P调节。考虑到上述系统存在的一些弊端,基于模糊控制理论对闭环系统进行了控制算法改进,将一种复合控制器应用于速度伺服系统,将模糊P控制器应用于位置伺服系统,将改进后的伺服系统与传统伺服系统性能(包括转速、电磁转矩、定子电流、转子角位置等)进行了对比。最后,由于速度和位置传感器的存在增大了系统的体积,增大了成本,并限制了系统在恶劣环境中的应用,将基于模型参考自适应系统的电机转速估算方法应用于间接式矩阵变换器—永磁同步电机伺服控制系统,实现了无速度传感器控制。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-18
  1.1 课题背景  9
  1.2 矩阵变换器的研究现状  9-15
    1.2.1 传统交-直-交变频器  9-11
    1.2.2 矩阵变换器的发展  11-14
    1.2.3 矩阵变换器的应用研究  14-15
  1.3 伺服控制的研究现状  15
  1.4 矩阵变换器—永磁同步电机系统的研究现状  15-16
  1.5 主要研究内容  16-18
第2章间接式矩阵变换器的调制策略  18-25
  2.1 整流侧的PWM 调制  18-20
  2.2 逆变侧的SVPWM 调制  20-22
  2.3 仿真分析  22-24
  2.4 本章小结  24-25
第3章永磁同步电机控制系统的设计  25-44
  3.1 坐标变换  25-28
    3.1.1 三相静止—两相静止变换(3s/2s 变换)  25-26
    3.1.2 两相静止—两相旋转变换(2s/2r 变换)  26-28
  3.2 永磁同步电机的数学模型  28-29
  3.3 永磁同步电机的控制方法  29-31
  3.4 闭环控制系统的设计  31-35
    3.4.1 电流控制器的设计  33-34
    3.4.2 速度控制器的设计  34
    3.4.3 位置控制器的设计  34-35
  3.5 仿真分析  35-42
    3.5.1 速度伺服系统的仿真  35-42
    3.5.2 位置伺服系统的仿真  42
  3.6 本章小结  42-44
第4章基于模糊控制的永磁同步电机控制系统设计  44-56
  4.1 模糊控制  44-46
    4.1.1 模糊控制器简介  44-45
    4.1.2 模糊控制器中的基本概念  45-46
  4.2 模糊和PI 结合的控制器  46-49
    4.2.1 复合控制器  47-48
    4.2.2 模糊PI 控制器  48-49
  4.3 基于复合控制器的系统设计  49-52
    4.3.1 速度伺服系统复合控制器的设计  49-50
    4.3.2 位置伺服系统模糊P 控制器的设计  50-52
  4.4 仿真分析  52-55
    4.4.1 基于复合控制器调节的速度伺服系统的仿真  52-54
    4.4.2 基于模糊P 控制器调节的位置伺服系统的仿真  54-55
  4.5 本章小结  55-56
第5章基于无速度传感器控制技术的系统研究  56-65
  5.1 电机伺服系统的无速度传感器技术  56
  5.2 基于模型参考自适应系统的转速估算  56-60
    5.2.1 模型参考自适应系统  56-57
    5.2.2 基于模型参考自适应系统的转速估算  57-60
  5.3 仿真分析  60-64
  5.4 本章小结  64-65
结论  65-66
参考文献  66-72
攻读硕士学位期间发表的学术论文  72-74
致谢  74

基于间接式矩阵变换器的永磁同步电机控制系统的研究

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