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永磁同步电机矢量控制系统研究

作　者: 张宇
导　师: 刘凤春
学　校: 大连理工大学
专　业: 电工理论与新技术
关键词: 永磁同步电机伺服驱动矢量控制自适应神经模糊推理系统
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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引　用: 1次
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内容摘要

随着集成电路技术、电力电子技术和控制技术的发展,永磁同步电机(PMSM)作为执行部件广泛运用于数控机床、机器人系统及工业控制等高精度的伺服驱动系统中。本文研究永磁同步电机矢量控制系统价值明显,并将为工业应用提供一定的参考价值。永磁同步电机是一个多变量、非线性、强耦合的对象,故要想取得高性能的控制性能指标,需要对电机原始数学模型中的变量进行解耦。本文首先分析研究了永磁同步电机三种不同的数学模型,并通过三者之间的变换关系,获得实现电机解耦的坐标变换矩阵,由此推出了矢量控制的本质所在。矢量控制,就是利用坐标变换,将永磁同步电机等效为直流电机,实现转矩电流和励磁电流的单独控制,进而实现电机转矩或转速的精确控制。通过分析研究几种不同的矢量控制的电流控制策略,得出选用id=0的控制模型的优点。本文采用id=0的电流控制方法,利用TI公司的电机专用控制芯片TMS320LF2812DSP组建控制最小系统；然后利用传感器检测电机电流、转速和转子位置信息,实现参数反馈；通过电流环和速度环实现整个电机系统的双闭环控制。针对如何提高永磁同步电机控制系统的性能,本文从理论上进一步研究,还设计了一种新型的以自适应神经模糊推理系统(ANFIS)为模型的速度控制器来实现速度环控制。ANFIS充分利用神经网络的学习能力与映射能力,实现模糊系统的自学习、自适应功能。仿真表明其控制效果较传统PID控制而言,不仅响应速度快、超调小,而且稳态精度非常高。课题最后,根据设计原理和思路,搭建了控制系统的硬件实验平台；根据DSP相应特点,配合硬件系统设计了控制软件。在二者实现的基础上,对控制系统进行了全面的调试运行工作,测试了控制系统的电流波形及速度跟随性,并作出了分析与评价,结果表明电机矢量控制算法成功实现,系统有良好的跟随精度,达到了实验预计效果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-14
  1.1 伺服系统的发展  9-10
  1.2 永磁同步电机伺服系统的发展  10-11
  1.3 中国发展永磁同步电机伺服系统的优势  11-12
  1.4 课题的研究价值及本文主要研究任务  12-14
2 永磁同步电机伺服控制的理论基础  14-26
  2.1 永磁同步电机结构及工作原理  14-15
  2.2 永磁同步电机的数学模型  15-21
    2.2.1 a、b、c三相静止坐标系中的数学模型  16-17
    2.2.2 α、β、0坐标系中的数学模型  17-19
    2.2.3 d、q、0同步旋转坐标系中的数学模型  19-21
  2.3 永磁同步电机矢量控制技术  21-24
    2.3.1 矢量控制的选择  21-22
    2.3.2 电流控制方法及选择  22-24
  2.4 控制系统的基本控制规律—PID控制  24-25
  2.5 本章小结  25-26
3 永磁同步电机的SVPWM控制技术  26-38
  3.1 PWM控制技术  26-27
    3.1.1 三种常见的PWM技术  26
    3.1.2 空间电压矢量SVPWM控制技术的选择  26-27
  3.2 基于空间电压矢量SVPWM的控制系统  27-37
    3.2.1 空间电压矢量SVPWM的基本原理  27-30
    3.2.2 空间电压矢量SVPWM的设计与系统仿真  30-37
  3.3 本章小结  37-38
4 智能控制在永磁同步电机调速系统的应用  38-46
  4.1 智能控制的价值与发展  38-39
  4.2 自适应神经模糊控制器(ANFIS)  39-42
    4.2.1 ANFIS原理  39
    4.2.2 基于ANFIS控制的PMSM的系统结构  39-40
    4.2.3 ANFIS速度控制器设计  40-41
    4.2.4 学习算法  41-42
  4.3 仿真设计  42-45
  4.4 结论分析  45
  4.5 本章小结  45-46
5 系统实验设计与结果分析  46-64
  5.1 控制系统硬件设计  46-55
    5.1.1 主功率电路的分析设计  47-49
    5.1.2 隔离驱动电路的设计  49-51
    5.1.3 IPM保护电路设计  51-52
    5.1.4 控制电路与检测电路设计  52-55
  5.2 系统软件控制设计  55-60
  5.3 实验结果与分析  60-63
  5.4 本章小结  63-64
结论  64-65
参考文献  65-67
附录A 相关硬件  67-69
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  69-70
致谢  70-71

永磁同步电机矢量控制系统研究

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