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基于模糊控制的永磁同步电机无位置传感器驱动系统

作　者: 肖杨柳
导　师: 周腊吾
学　校: 湖南大学
专　业: 电气工程
关键词: 永磁同步电机 无位置传感器 定子电流最优 模糊PI DSP
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着微处理器技术、电力电子技术和永磁材料制造工艺的发展,以及永磁同步电机(PMSM)自身的结构和运行特点,PMSM驱动系统在工农业生产和航天等领域的应用越来越广泛。但是永磁同步电机驱动系统的良好性能都是建立在闭环控制基础之上的,因此如何获取转子位置和速度信号是整个系统中相当重要的一个环节。传统控制系统中位置主要由旋转变压器或者光电编码盘提供,但此类位置传感器均有着成本高,维护困难,恶劣工况适用性差等本质上的缺陷。因此,在一些特殊及精度要求不高的场合,由只根据采样电流、电压等易测量,通过特定方法估算转子位置和转速的无位置传感器控制策略将得到广泛应用。为进一步提高PMSM调速系统的快速性、稳定性和鲁棒性,具有易于构造、输出量连续、可靠性高、超调量小、鲁棒性强、能够克服非线性因素的影响等特点的模糊控制方法得到了越来越多的关注。本文以永磁同步电机无位置传感器驱动控制系统为研究对象,主要工作分为MATLAB/SIMULINK仿真与系统的软、硬件实现两部。第一部分工作建立了永磁同步电机的数学模型,并在此基础上介绍了相关矢量控制原理,尤其是本文所采用的定子电流最优控制策略。同时根据无位置传感器相关原理建立了用于替代传统机械位置传感器的滑模观测器,并引入基于模糊控制理论的模糊PI来替代传统PI,完成了系统的MATLAB仿真。第二部分工作制作了以TMS320F2808DSP为核心控制芯片的硬件平台,软件的编写和工厂现场调试。MATLAB仿真和实验结果均表明了系统的有效性以及良好的控制性能,是一种较为理想的控制方案。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-15
  1.1 选题背景及意义  9-10
  1.2 交流控制系统现状及发展趋势  10-12
    1.2.1 国内外研究概况  10-11
    1.2.2 发展趋势  11-12
  1.3 交流系统控制策略概述  12-14
  1.4 本文研究的主要内容  14-15
第2章 永磁同步电机的控制原理  15-31
  2.1 永磁同步电机的结构  15-16
  2.2 永磁同步电机的数学模型  16-20
    2.2.1 永磁同步电机在三相静止坐标系下的模型  16-17
    2.2.2 坐标变换  17-19
    2.2.3 永磁同步电机在dq坐标系下的数学模型  19-20
  2.3 永磁同步电机的矢量控制技术  20-22
  2.4 定子电流最优控制  22-23
  2.5 空间电压矢量调制原理  23-30
    2.5.1 电压空间矢量脉宽调制技术  24-27
    2.5.2 磁链轨迹控制  27-30
    2.5.3 扇区的确定  30
  2.6 本章小结  30-31
第3章 基于滑模观测器的无位置传感器控制  31-40
  3.1 滑模变结构控制基本原理  31-33
    3.1.1 变结构控制概述  31-32
    3.1.2 滑动模态及数学表达  32-33
  3.2 滑模观测器的转子位置估算方法  33-35
  3.3 滑模观测器仿真及分析  35-39
    3.3.1 整体框架  35-36
    3.3.2 仿真模型  36-38
    3.3.3 仿真结果及分析  38-39
  3.4 本章小结  39-40
第4章 永磁同步电机模糊PI控制  40-48
  4.1 模糊控制的基本原理  40-42
    4.1.1 模糊控制主要特点  40-41
    4.1.2 模糊控制系统组成  41
    4.1.3 模糊控制器原理  41-42
  4.2 模糊PI控制器设计  42-45
    4.2.1 模糊控制器结构的确定  42-43
    4.2.2 模糊化  43-44
    4.2.3 模糊控制规则的确定  44
    4.2.4 模糊推理  44-45
    4.2.5 解模糊化  45
  4.3 基于模糊PI控制的PMSM无位置传感器控制系统仿真  45-47
    4.3.1 模糊PI控制器的建立  45-47
    4.3.2 控制系统仿真  47
  4.4 本章小结  47-48
第5章 永磁同步电机控制系统的实现  48-63
  5.1 系统硬件电路设计  48-54
    5.1.1 系统主回路设计  48-51
    5.1.2 系统控制电路的组成  51-54
  5.2 系统软件设计  54-57
    5.2.1 开发软件介绍  54
    5.2.2 系统软件的整体结构  54-56
    5.2.3 SVPWM算法实现  56-57
  5.3 实验结果及分析  57-62
    5.3.1 电机低速运行  58-59
    5.3.2 电机额定转速运行  59-61
    5.3.3 突加负载实验  61-62
  5.4 本章小结  62-63
结论  63-65
参考文献  65-69
致谢  69-70
附录A 攻读学位期间发表的学术论文  70

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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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