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永磁同步电机无位置传感器控制系统研究

作　者: 冯勇军
导　师: 楚纪正
学　校: 北京化工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 永磁同步电机无位置传感器矢量控制 TMS320LF2407A
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近年来永磁同步电机(PMSM)凭借其体积小、结构简单、高气隙磁场密度、可靠运转等众多特点获得了广泛的应用,同时也推动了PMSM控制系统的发展。本文针对广泛应用于家电行业的中小功率永磁同步电机的无位置传感器调速控制进行了深入的研究。其主要内容如下：首先对控制对象PMSM进行了简要的分析。通过坐标变换思想,建立电机在定子静止三相坐标系、定子静止两相坐标系和旋转两相坐标系下的数学描述,并提出改进的PMSM数学仿真模型,为后续控制系统的设计与仿真试验提供对象基础。其次在PMSM模型的基础上分析了电机调速系统的控制策略,通过比较分析本系统采用了基于矢量控制的双闭环控制,同时讨论了空间矢量脉宽调制技术(SVPWM),并给出了SVPWM的实现方法。再次综合考虑无位置传感器参数观测算法的计算量和精度,提出基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)的新算法。同时给出新算法的推导过程,讨论了该算法的参数选取,并将其应用于PMSM转子速度和位置角观测。从理论推导的过程中得出该算法略微增加计算量,可明显减小截断误差,提高观测精度。为验证新算法良好的观测性能,在Simulink中建立仿真模型,对PMSM调速控制系统进行整体性能仿真实验并分析实验结果。结果显示基于EKF的新算法的永磁同步电机无位置传感控制系统动态性能良好,稳态精度较高。比较于常规的EKF算法,新算法计算量略微增加,精度有较大提高。最后以仿真试验结果为指导,基于TMS320LF 2407A搭建PMSM调速控制平台,完成软硬件设计。目前处于调试阶段。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
第一章绪论  14-24
  1.1 课题来源  14
  1.2 课题研究背景和意义  14-15
  1.3 永磁同步电机无位置传感器控制系统研究现状  15-21
    1.3.1 永磁同步电机控制策略研究现状  15-18
    1.3.2 永磁同步电机无位置传感器算法研究现状  18-21
    1.3.3 永磁同步电机无位置传感器控制系统研究的难点  21
  1.4 论文研究的主要目的和意义  21
  1.5 论文各章节的安排  21-24
第二章永磁同步电机的数学模型和矢量控制  24-42
  2.1 静止参考坐标系下的永磁同步电机数学模型  24-29
    2.1.1 凸极永磁同步电机的一般模型  25-28
    2.1.2 非凸极永磁同步电机的一般模型  28-29
  2.2 旋转坐标系下的永磁同步电机数学模型  29-32
    2.2.1 凸极永磁同步电机的一般模型  29-31
    2.2.2 非凸极永磁同步电机的一般模型  31-32
  2.3 永磁同步电机调速控制系统设计  32-39
    2.3.1 永磁同步电机的双闭环控制形式  32-33
    2.3.2 永磁同步电机的矢量控制  33-36
    2.3.3 空间向量脉宽调制技术(SVPWM)  36-38
    2.3.4 SVPWM的实现  38-39
  2.4 本章小结  39-42
第三章无位置传感器速度和位置角观测算法  42-56
  3.1 基于EKF的新的无位置传感器观测算法  42-51
    3.1.1 离散卡尔曼滤波  42-45
    3.1.2 离散扩展卡尔曼滤波  45-47
    3.1.3 基于EKF的新方法  47-51
  3.2 新方法在PMSM上的应用  51-54
    3.2.1 新方法应用于αβ坐标系下PMSM的无位置传感器参数观测  51-53
    3.2.2 新方法法应用于dq坐标系下PMSM的无位置传感器参数观测  53-54
  3.3 新方法初始值的给定  54-55
    3.3.1 系统初始状态x_0和方差矩阵P_0的设定  54-55
    3.3.2 噪声协方差矩阵初值Q_0 R_0的设定  55
  3.4 本章小结  55-56
第四章仿真实验与仿真结果分析  56-76
  4.1 PMSM数学模型仿真与结果分析  57-59
    4.1.1 PMSM数学模型仿真  57
    4.1.2 PMSM数学仿真结果分析  57-59
  4.2 PMSM双闭环控制及SVPWM仿真与结果分析  59-65
    4.2.1 PMSM双闭环控制及SVPWM仿真  59-62
    4.2.2 PMSM双闭环控制及SVPWM仿真结果分析  62-65
  4.3 新的无位置传感器参数观测算法的仿真  65
  4.4 PMSM调速控制系统仿真及结果分析  65-74
    4.4.1 PMSM调速控制系统仿真  65-66
    4.4.2 PMSM调速控制系统仿真结果分析  66-74
  4.5 本章小结  74-76
第五章 PMSM无位置传感器控制系统的实现  76-90
  5.1 DSP简介  76-77
    5.1.1 DSP概述  76-77
    5.1.2 TMS320LF2407A  77
  5.2 PMSM无位置传感器控制系统系统硬件电路设计  77-82
    5.2.1 TMS3201f2407A主控板电路  78-80
    5.2.2 功率模块电路  80
    5.2.3 检测采样电路  80-81
    5.2.4 保护电路  81-82
  5.3 PMSM无位置传感器控制系统系统软件设计  82-85
    5.3.1 软件程序整体结构  82-84
    5.3.2 系统主程序  84
    5.3.3 中断服务子程序  84-85
  5.4 硬件实验与结果分析  85-88
  5.5 本章小结  88-90
第六章工作总结与工望  90-92
  6.1 工作总结  90
  6.2 工作展望  90-92
参考文献  92-96
致谢  96-98
研究成果及发表的学术论文  98-100
作者及导师简介  100-101
附件  101-102

永磁同步电机无位置传感器控制系统研究

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