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永磁同步电机矢量控制系统开发

作　者: 徐旭明
导　师: 王友仁
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 永磁同步电机 矢量控制 空间矢量脉宽调制 控制系统 数字信号处理器
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着电力电子技术、微电子技术、永磁材料及控制理论等技术的快速发展，以永磁同步电机（PMSM）为控制对象的交流控制系统得到了越来越广泛的关注。永磁同步电机广泛地应用在数控机床、工业机器人等工业自动化设备中。永磁同步电机矢量控制系统具有直流电机控制系统不可比拟的优越性，因此，研制高性能、高可靠性的永磁同步电机矢量控制系统具有重要的现实意义。本文围绕永磁同步电机矢量控制系统的开发而展开，主要研究工作如下：充分了解了永磁同步电机的结构与分类，根据坐标变换的原理，建立了永磁同步电机的数学模型。对永磁同步电机控制系统的控制策略及电流控制方法的优缺点做了充分比较后，控制系统采用了矢量控制id=0的控制策略。通过建立特殊坐标系，将空间矢量脉宽调制（SVPWM）算法进行简化，减少相应的计算量。在Matlab/Simulink仿真软件环境下搭建了永磁同步电机矢量控制系统的仿真模型，系统采用了电流环、速度环双闭环结构，对矢量控制id=0的控制策略进行了验证。然后对永磁同步电机矢量控制系统的硬件电路进行设计，系统硬件电路是基于TMS320F2812与PS21563-P型号的智能功率模块（IPM），完成了系统硬件电路的设计、制作、并调试成功了系统的硬件电路。最后使用C语言完成了永磁同步电机矢量控制系统的软件设计，给出了系统软件设计的流程图。在设计的控制系统的硬件平台上，完成了永磁同步电机矢量控制系统的实验调试工作，实验结果有力地证明了矢量控制系统设计方案的可行性，同时也证明了所设计的控制系统运行稳定可靠，具有良好的控制性能。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-14
第一章 绪论  14-22
  1.1 研究背景和意义  14-15
  1.2 永磁同步电机控制系统介绍  15-17
    1.2.1 永磁同步电机控制系统的组成及分类  15-16
    1.2.2 永磁同步电机控制系统的基本要求及特点  16-17
  1.3 国内外研究状况及发展趋势  17-21
    1.3.1 永磁同步电机控制系统国内外研究状况  17-19
    1.3.2 永磁同步电机控制系统的发展趋势  19-21
  1.4 本文的主要研究内容  21-22
第二章 永磁同步电机的数学模型及控制策略  22-28
  2.1 永磁同步电机的结构及分类  22-23
  2.2 永磁同步电机的数学模型  23-27
  2.3 永磁同步电机的矢量控制  27
  2.4 本章小结  27-28
第三章 永磁同步电机矢量控制系统设计  28-43
  3.1 简化的 SVPWM 算法  28-31
  3.2 永磁同步电机矢量控制系统调节器的设计  31-34
    3.2.1 电流环调节器的设计  31-32
    3.2.2 速度环调节器的设计  32-34
  3.3 永磁同步电机矢量控制系统的建模与仿真  34-42
    3.3.1 控制系统仿真模型的建立  34-39
    3.3.2 仿真实验结果分析  39-42
  3.4 本章小结  42-43
第四章 控制系统硬件平台设计  43-59
  4.1 系统的硬件构成  43-44
  4.2 DSP 控制板介绍  44-46
  4.3 主功率电路  46-52
    4.3.1 整流滤波电路  47
    4.3.2 逆变电路  47-52
  4.4 信号调理电路  52-58
    4.4.1 相电流采样及调理电路  52-54
    4.4.2 转子位置信号调理电路  54-55
    4.4.3 硬件保护电路  55-57
    4.4.4 光电编码器断线检测电路  57-58
    4.4.5 D/A 转换电路  58
  4.5 本章小结  58-59
第五章 控制系统软件设计  59-71
  5.1 系统资源分配与数据格式  59-60
    5.1.1 系统的资源分配  59
    5.1.2 数据处理格式  59-60
  5.2 系统程序结构  60-62
    5.2.1 系统程序总体结构  60-61
    5.2.2 定时器 T1 下溢中断程序结构  61-62
    5.2.3 CAP3 捕获中断程序结构  62
  5.3 子功能程序模块设计  62-70
    5.3.1 电流采样及调节模块  62-64
    5.3.2 数字滤波器的设计  64-66
    5.3.3 转子位置的初始定位  66-68
    5.3.4 转速计算及调节模块  68-70
    5.3.5 简化的 SVPWM 程序模块  70
  5.4 本章小结  70-71
第六章 实验结果与分析  71-78
  6.1 实验平台的介绍  71-73
  6.2 实验结果与分析  73-77
    6.2.1 电流环实验  73-74
    6.2.2 速度环实验  74-77
  6.3 本章小结  77-78
第七章 总结与展望  78-80
  7.1 本文工作总结  78
  7.2 后续工作展望  78-80
参考文献  80-84
致谢  84-85
在学期间的研究成果及发表的学术论文  85

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