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基于DSP与SVPWM电机变频调速系统的设计与研究

作　者: 张羽
导　师: 胡文斌
学　校: 南京理工大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 电动执行机构直接转矩控制全阶磁链观测器空间矢量调制
分类号: TM921.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文设计了一种电机变频调速系统,应用于电动执行机构中。该系统提高了电机控制效果,能够很好的适应现代工业系统中对自动化集中控制的要求。由于电动执行机构通过电机完成操作,所以对电机的控制直接影响着电动执行机构运行的效果。使用直接转矩控制(DTC)策略对三相异步电机进行控制,对传统直接转矩控制策略进行了理论分析和仿真,设计了空间矢量脉宽调制技术和直接转矩控制技术相结合的DTC-SVM控制策略,减小了转矩脉动。DTC-SVM控制策略对定子磁链的观测模型进行了改进,设计了基于坐标变换的饱和反馈积分器,减小了定子磁链的观测误差。同时,这一策略引入了无速度传感器系统构成速度闭环,介绍了模型参考自适应转速估计方法,重点研究全阶磁链观测器对转子转速进行估计。本文搭建了仿真模型,通过对仿真结果进行分析,系统数学模型的正确性以及控制策略的可行性得到了验证。最后本文对变频调速系统硬件电路部分以及软件程序部分进行了设计,硬件部分包括DSP外围电路、就地控制、远程控制、主电路、驱动电路、检测电路设计等部分。软件设计包括了主控制板程序和下位控制板程序,根据设计要求完成系统主程序、通讯子程序、A/D采样子程序、SVPWM波调制子程序、DTC-SVM子程序等软件设计。在软、硬件设计的基础上搭建了电动执行机构实验系统并进行了实验,实验波形验证了设计的合理性和可靠性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
1 绪论  10-14
  1.1 电动执行机构控制技术的发展  10
  1.2 异步电机变频调速策略  10-12
    1.2.1 控制策略的发展  10-11
    1.2.2 直接转矩控制技术  11-12
  1.3 课题的研究内容及意义  12-14
2 三相异步电机控制策略的研究  14-27
  2.1 异步电机数学模型  14-17
  2.2 异步电机直接转矩控制原理  17-22
    2.2.1 电压空间矢量(SVPWM)的形成  17-18
    2.2.2 定子磁链的观测与控制  18-19
    2.2.3 电磁转矩的调节  19
    2.2.4 空间电压矢量的作用效果  19-20
    2.2.5 磁链滞环和转矩滞环  20-22
  2.4 圆形磁链DTC系统的仿真实现  22-26
    2.4.1 仿真建模  22-24
    2.4.2 仿真和结果分析  24-26
  2.5 本章小结  26-27
3 高性能执行机构直接转矩控制策略  27-48
  3.1 定子磁链观测方法的改进研究  27-30
    3.1.1 定子磁链观测方法概述  27-28
    3.1.2 基于坐标变换的阈值固定型积分器  28-30
  3.2 无速度传感器技术在电动执行机构中的应用  30-38
    3.2.1 模型参考自适应系统(MRAS)技术  31-33
    3.2.2 基于全阶磁链观测器的无速度传感器系统设计  33-38
  3.3 采用空间电压矢量(SVM)技术的转矩磁链脉动抑制策略  38-43
    3.3.1 传统DTC转矩脉动分析与抑制  38
    3.3.2 空间电压矢量的调制  38-41
    3.3.3 DTC-SVM系统的设计  41-43
  3.4 DTC-SVM系统的仿真实现  43-47
    3.4.1 DTC-SVM系统的仿真建模  43-44
    3.4.2 仿真和结果分析  44-47
  3.5 本章小结  47-48
4 电动执行机构用变频调速系统的硬件设计  48-60
  4.1 系统设计方案  48-49
  4.2 双芯片控制系统设计  49-55
    4.2.1 微处理器芯片选型  49-50
    4.2.2 TMS320F28335外围电路设计  50-52
    4.2.3 就地控制系统设计  52-53
    4.2.4 传统系统远程控制设计  53
    4.2.5 eCAN总线设计  53-55
  4.3 功率电路的设计  55-59
    4.3.1 变频调速系统整流和逆变模块设计  55-56
    4.3.2 驱动电路设计  56-57
    4.3.3 电流电压采样电路的设计  57-58
    4.3.4 电动执行机构位置检测  58-59
  4.4 本章小结  59-60
5 电动执行机构用变频调速系统的软件设计  60-68
  5.1 系统主程序  60-61
  5.2 串口通讯程序模块设计  61
  5.3 A/D采样校正模块设计  61-63
  5.4 阀门末端位置判断与死区设计  63-64
  5.5 SVM-DTC软件设计  64-67
    5.5.1 数字PI控制器设计  64-66
    5.5.2 SVPWM波的产生  66
    5.5.3 DTC-SVM系统的程序设计  66-67
  5.6 本章小结  67-68
6 系统的调试与实验结果  68-72
  6.1 SVPWM开关信号  68-70
  6.2 电机运行实验  70-71
  6.6 本章小结  71-72
7 论文总结与展望  72-74
  7.1 总结  72
  7.2 前景与展望  72-74
致谢  74-75
参考文献  75-79
附录  79

基于DSP与SVPWM电机变频调速系统的设计与研究

内容摘要

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