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低速大力矩复式永磁同步电机变频控制系统设计

作　者: 沈杰
导　师: 叶云岳
学　校: 浙江大学
专　业: 电机与电器
关键词: 低速大力矩 复式永磁同步电机 变频控制系统 矢量控制
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着社会经济不断发展,能源问题日益突出,永磁同步电机作为一种高效节能电机被越来越多地应用到工业、物流、交通、生活等各个领域。复式永磁同步电机以其低速、大力矩的特点,被应用到油田抽油机中,革新了抽油机的驱动控制方式,实现了较大程度的节能,提高了抽油效率。本文以低速大力矩复式永磁同步电机为控制对象,研究并设计了以TMS320F2812为主控MCU,以矢量控制为核心算法的新型变频控制系统。主要做了以下方面工作：(1)简要介绍了永磁同步电机的发展历程、结构及其特点,指出了复式永磁同步电机低速、大力矩的特点。介绍了永磁同步电机的控制方法和无传感器控制技术的发展状况。分析了永磁同步电机控制系统的技术基础。(2)详细介绍了永磁同步电机数学模型和矢量控制的基本原理。针对复式永磁同步电机,利用Matlab/Simulink建立了仿真模型,并进行了仿真分析,指出了复式永磁同步电机变频控制系统的可行性。(3)简要介绍了主控MCU即TMS320F2812的相关技术信息。根据复式永磁同步电机变频控制系统的需要,在最小系统板基础上进行了存储空间和各种外设接口扩展,完成了变频控制系统的硬件设计。(4)以TI矢量控制例程为基础,进行了电流电压采样、编码器接口等模块程序的更改与完善,并增加了故障保护与人机交互模块,完成了变频控制系统软件设计。然后,通过对控制算法的测试与验证,进一步调整与优化了变频控制系统软件设计。(5)介绍了复式永磁同步电机速度开环运行的相关试验情况,提出了复式永磁同步电机闭环运行的难点,并给出了相应的解决方案。最后,简要介绍了变频控制系统中能量自回馈设计的相关内容。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-15
  1.1 永磁同步电机概述  8-9
    1.1.1 永磁同步电机发展及其特点  8
    1.1.2 复式永磁同步电机概述及其特点  8-9
  1.2 永磁同步电机控制方法简介  9-11
    1.2.1 永磁同步电机基本控制方法  9-10
    1.2.2 永磁同步电机无传感器控制技术与智能控制策略  10-11
  1.3 永磁同步电机控制系统技术基础  11-13
    1.3.1 电力电子技术简介与发展  11-12
    1.3.2 嵌入式处理器及嵌入式系统开发  12-13
  1.4 本文的工作  13-15
第二章 永磁同步电机矢量控制基本原理及仿真分析  15-24
  2.1 永磁同步电机矢量控制基本原理  15-21
    2.1.1 永磁同步电机结构和数学模型  15-18
    2.1.2 永磁同步电机矢量控制  18-21
  2.2 低速大力矩复式永磁同步电机矢量控制仿真分析  21-23
    2.2.1 低速大力矩复式永磁同步电机矢量控制系统仿真模型构建  21
    2.2.2 低速大力矩复式永磁同步电机矢量控制系统仿真结果与分析  21-23
  2.3 本章小结  23-24
第三章 变频控制系统硬件设计  24-34
  3.1 TMS320F2812简介  24-26
    3.1.1 存储结构与存储空间  25
    3.1.2 中断及定时器  25
    3.1.3 多功能GPIO及串行端口  25-26
    3.1.4 事件管理器EV和ADC模块  26
  3.2 低速大力矩复式永磁同步电机变频控制系统硬件设计  26-32
    3.2.1 存储空间扩展  27-28
    3.2.2 IPM接口  28
    3.2.3 电压电流采样接口  28-29
    3.2.4 编码器接口  29-30
    3.2.5 键盘与显示接口  30-31
    3.2.6 RS485通讯接口  31
    3.2.7 外部输入输出接口  31-32
  3.3 本章小结  32-34
第四章 变频控制系统软件设计与算法验证  34-59
  4.1 低速大力矩复式永磁同步电机变频控制系统软件设计  34-38
    4.1.1 矢量控制算法设计  34-36
    4.1.2 故障保护设计  36-37
    4.1.3 人机交互设计  37-38
  4.2 变频控制系统算法验证  38-58
    4.2.1 速度开环运行与编码器零位校正  39-44
    4.2.2 双闭环运行与结果分析  44-50
    4.2.3 电流采样信号直流分量去除与结果分析  50-54
    4.2.4 不同运行频率控制运行结果与分析  54-58
  4.3 本章小结  58-59
第五章 低速大力矩复式永磁同步电机变频控制系统试验与分析  59-72
  5.1 低速大力矩复式永磁同步电机速度开环运行  59-66
  5.2 低速大力矩复式永磁同步电机速度闭环运行  66-69
    5.2.1 编码器安装与零位校正  66-68
    5.2.2 复式永磁同步电机起动方式选择  68-69
  5.3 变频控制系统能量自回馈设计简介  69-71
  5.4 本章小结  71-72
第六章 总结与展望  72-74
参考文献  74-78
攻读硕士学位期间发表的论文及参加的主要科研项目  78-79
致谢  79

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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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