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新型空间矢量逆变技术研究及应用

作　者: 孙敬伟
导　师: 郑黎明
学　校: 汕头大学
专　业: 机械电子工程
关键词: Hybrid SVPWM 三电平逆变器永磁同步电动机直接转矩控制反步法
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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引　用: 2次
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内容摘要

本论文以交流调速中的脉宽调制技术(PWM)为研究对象,找出两电平的空间矢量调制(SVPWM)的改进方法—混合空间脉宽调制(Hybrid SVPWM),并和普通的空间矢量调制进行对比分析其优点。详细论述了三电平逆变器结构、原理和空间矢量调制法,进而探讨了其对永磁同步电机直接转矩控制技术(DTC)控制的实现方法,并且利用Matlab/Simulink工具对控制系统进行建模与仿真,得到了和理论分析一致的仿真结果。最后利用反步法实现对永磁同步电机的位置控制,得到了满意的结果。论文首先分析了永磁同步电动机的结构和数学模型,通过坐标变换的方法简化电机模型,得到电机的电压、磁链和转矩方程。初步介绍PWM的原理、采样方法以及空间矢量脉宽调制法,在其基础上引入磁链均方根波动(RMS)的分析方法,通过调整各矢量的换向序列,通过细化扇区的方法,在不同区域选择不同的逆变器换向序列,从而实现减少波形脉动的目的,这种方法即为混合空间矢量调制(Hybrid SVPWM)。通过仿真和快速傅立叶分析(FFT)可知,该方法有效减少了电流的谐波分量,提高了控制的精度。接着在两电平逆变器的基础上研究三电平逆变器的拓扑结构和工作原理,以及如何实现空间脉宽调制的方法。接着分析了永磁同步电机的直接转矩原理,找出将三电平逆变器的SVPWM和直接转矩结合的方法,借助Matlab/Simulink工具,对其系统的各环节进行仿真建模。通过和两电平逆变器的直接转矩进行对比,证明了三电平逆变器的控制效果好于两电平。最后分析了一种非线性控制方法:反步法(Backstepping),结合永磁同步电机的数学模型,实现反步法的控制作用,通过仿真验证了该方法的可行性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章绪论  7-13
  1.1 研究背景  7-10
    1.1.1 交流调速系统发展概况  7-9
    1.1.2 永磁同步电机及其控制技术的发展概况  9-10
  1.2 本论文的研究意义和主要内容  10-13
    1.2.1 本论文的研究意义  10-11
    1.2.2 本论文的主要内容  11-13
第2章永磁同步电机数学模型和PWM的原理及采样方法  13-23
  2.1 永磁同步电动机结构和数学模型  13-18
    2.1.1 永磁同步电机结构  13-14
    2.1.2 坐标变换  14-15
    2.1.3 永磁同步电机数学模型  15-18
    2.1.4 永磁同步电机的运动方程  18
  2.2 PWM的原理及采样方法  18-22
    2.2.1 PWM工作原理及分类  18-19
    2.2.2 PWM三种采样方法  19-22
  2.3 本章小结  22-23
第3章 SVPWM和新型Hybrid SVPWM的分析与研究  23-41
  3.1 空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)  23-26
    3.1.1 SVPWM基本原理  24
    3.1.2 三相逆变器的数学模型  24-25
    3.1.3 空间矢量作用时间  25-26
    3.1.4 SVPWM波形的调制  26
  3.2 新型的混合空间电压矢量脉宽调制(Hybrid SVPWM)  26-33
    3.2.1 瞬态电压误差矢量  27
    3.2.2 磁链均方根脉动  27-30
    3.2.3 划分各序列的作用区间  30-33
  3.3 仿真及结果分析  33-39
    3.3.1 Matlab/Simulink简介  33-34
    3.3.2 系统仿真  34-39
  3.4 本章小结  39-41
第4章基于三电平逆变器的永磁同步电动机的直接转矩控制研究  41-65
  4.1 三电平逆变器的结构及运行原理  41-45
    4.1.1 三电平逆变器的工作情况分析  42-45
    4.1.2 三电平逆变器工作状态间的转换  45
  4.2 三电平逆变器空间矢量调制策略  45-51
    4.2.1 三电平空间电压矢量原理  46-47
    4.2.2 三电平空间电压矢量算法  47-48
    4.2.3 确定各合成矢量的作用时间  48-49
    4.2.4 三电平SVPWM信号的产生  49-51
  4.3 永磁同步电动机的直接转矩控制  51-56
    4.3.1 永磁同步电机直接转矩控制理论基础  51-54
    4.3.2 参考矢量u_s的生成  54-56
  4.4 系统的设计与仿真  56-63
    4.4.1 系统框图设计  56-57
    4.4.2 系统仿真框图搭建  57-60
    4.4.3 系统仿真分析  60-63
  4.5 本章小结  63-65
第5章永磁同步电动机的反步法控制  65-75
  5.1 反步法概述  65-66
  5.2 反步法原理  66-68
  5.3 永磁同步电机的反步法控制  68-74
    5.3.1 Backstepping设计步骤  68-69
    5.3.2 永磁同步电动机的反步法控制  69-71
    5.3.3 系统稳定性分析  71-72
    5.3.4 系统仿真分析  72-74
  5.4 本章小结  74-75
第6章全文总结与展望  75-77
  6.1 工作总结  75
  6.2 研究展望  75-77
参考文献  77-83
附录  83-90
  S函数实现Hybrid SVPWM区域判断和计算各矢量的切换时间  83-90
致谢  90-91
硕士期间发表的论文  91-92
本人简历  92

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