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无轴承异步电机的无速度传感器控制研究

作　者: 王少杰
导　师: 卜文绍
学　校: 河南科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 无轴承异步电机 无速度传感器 转子磁链估计 模型参考自适应 DSP
分类号: TM343
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


无轴承异步电机是集电机和磁轴承功能于一体的新型电机。相对于磁轴承电机，无轴承异步电机具有空间利用率高、电磁效率高、结构简单等优点。因此，无轴承异步电机成为众多国内外专家学者研究的热点。但是，无轴承异步电机在高速、超高速运转的情况下，光电码盘等速度传感器不能满足长期高精度测速需要，如何获取转速信号成为制约无轴承异步电机走向实用化的关键难题。所以，无轴承异步电机的无速度传感器控制研究具有重要实用意义。本文在分析无轴承电机运行机理的基础上，给出了无轴承异步电机的数学模型，研究了基于转子磁场定向的矢量控制系统，然后对电机运行中的转子磁链估计和基于模型参考自适应法的转速估计进行了系统研究。针对无轴承异步电机的转子磁链估计提出了一种不含有定子和转子电阻参数的新型磁链估计器，并建立了新型磁链估计器的数学模型；对模型参考自适应法中的参考模型进行了改进，并建立了改进后的无轴承异步电机无速度传感器矢量控制系统数学模型和控制系统结构；同时通过Matlab/Simulink软件对以上两个数学模型进行了仿真分析和验证。仿真结果表明：基于新型磁链估计器的转子磁链幅值和相角误差近似为零；改进后的无轴承异步电机无速度传感器矢量控制系统的转速估计误差和稳态误差变小，估计出的转速更平滑。本文通过TMS320F2812DSP设计了无轴承异步电机的数字控制系统，重点给出了控制系统的主要程序设计流程框图。

全文目录


摘要  2-3
ABSTRACT  3-8
第1章 绪论  8-16
  1.1 课题的研究背景和意义  8-10
  1.2 国内外研究现状  10-14
  1.3 论文的主要研究内容  14-15
  1.4 论文章节安排  15-16
第2章 无轴承异步电机的基本控制理论  16-25
  2.1 无轴承异步电机基本原理  16-17
  2.2 无轴承异步电机的数学模型  17-21
    2.2.1 电机旋转系统基本方程  18
    2.2.2 电机悬浮系统基本方程  18-21
  2.3 无轴承异步电机转子磁场定向矢量控制  21-24
  2.4 本章小结  24-25
第3章 基于定子电流矢量定向的转子磁链估计  25-37
  3.1 传统转子磁链估计器  25-27
    3.1.1 电流模型转子磁链估计器  25-26
    3.1.2 电压模型转子磁链估计器  26-27
  3.2 基于定子电流矢量定向的转子磁链估计器  27-30
  3.3 仿真验证与分析  30-36
  3.4 本章小结  36-37
第4章 无轴承异步电机的模型参考自适应转速估计  37-59
  4.1 模型参考自适应系统的基本理论  37-40
    4.1.1 模型参考自适应系统设计思路  37-39
    4.1.2 基于超稳定性和正性方法的设计  39-40
  4.2 基于 MRAS 的无轴承异步电机转速辨识算法  40-43
  4.3 基于 MRAS 的无速度传感器矢量控制系统及仿真分析  43-58
    4.3.1 基于 MRAS 的无速度传感器矢量控制系统结构  43-44
    4.3.2 基于改进模型参考自适应法的 Matlab 仿真建模  44-46
    4.3.3 仿真结果与分析  46-58
  4.4 本章小结  58-59
第5章 无轴承异步电机无速度传感器数控系统软硬件设计  59-70
  5.1 主要芯片简介  59-60
    5.1.1 TMS320F2812 DSP 的特点  59-60
    5.1.2 TMS320F2812 DSP 的结构  60
    5.1.3 复杂可编程逻辑芯片（CPLD）  60
  5.2 数字控制系统硬件设计  60-64
    5.2.1 电源电路设计  61-63
    5.2.2 保护电路设计  63
    5.2.3 检测电路设计  63-64
  5.3 系统的软件设计  64-65
    5.3.1 数字控制系统软件设计  64
    5.3.2 标幺值系统选取  64-65
  5.4 控制系统软件流程设计  65-69
    5.4.1 主程序流程设计  65-66
    5.4.2 中断子程序流程设计  66-69
  5.5 本章小结  69-70
第6章 结论  70-72
参考文献  72-77
致谢  77-78
攻读硕士学位期间的研究成果  78

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 交流电机 > 异步电机
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