低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制研究.pdf

1、作為數(shù)控機床、機器人、高性能電梯等的重要組成部分，隨著加工制造、汽車等行業(yè)的發(fā)展，永磁交流伺服系統(tǒng)成為國內(nèi)外研究和應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域。本文在低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電動機的數(shù)學模型和控制理論進行全面、深入研究的基礎(chǔ)上，對低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電機的矢量控制(VC)、直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)、低速運行、逆變器故障診斷和容錯運行、無位置傳感器控制、大轉(zhuǎn)矩負載仿真控制器等方面做了大量的理論和實驗研究，并研制開發(fā)了一套數(shù)字永磁交流伺服系統(tǒng)。 分析了

2、永磁同步電機的結(jié)構(gòu)和數(shù)學模型，選擇了id=0按勵磁磁場定向的矢量控制方法對驅(qū)動系統(tǒng)進行了研究。針對永磁同步電機常規(guī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)涉及到的問題，研究了其修正，以及改進的方法。定子電阻變化、直流母線電壓漂移、開關(guān)器件反向相電壓降、逆變器死區(qū)時間引起的電壓誤差的補償，提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行性能等問題進行了探討。 針對永磁同步電機自身結(jié)構(gòu)的特點，分析了永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)在低速時產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速脈動的原因，提出了相應(yīng)的改進措施。根據(jù)永

3、磁同步電機的數(shù)學模型，建立了直接轉(zhuǎn)矩控制仿真模型，并在此模型基礎(chǔ)上研究了零矢量對轉(zhuǎn)矩和磁鏈的影響。 研究了驅(qū)動器(即功率變換器)的“死區(qū)效應(yīng)”對轉(zhuǎn)矩和磁鏈的影響，從理論上闡明了“死區(qū)效應(yīng)”的存在會使轉(zhuǎn)矩下降，從而引起系統(tǒng)帶載能力的下降，提出了“死區(qū)效應(yīng)”電壓補償公式。 系統(tǒng)控制精度很大程度上依賴于系統(tǒng)的低速性能，提高系統(tǒng)低速時的動靜態(tài)性能對整個系統(tǒng)具有重大的意義?；诖?，本文把擴展的卡爾曼濾波(EKF)技術(shù)應(yīng)用于交流伺服

4、系統(tǒng)的低速控制，完成系統(tǒng)初始磁極位置角的辯識以及低速下電機轉(zhuǎn)速的估計。在上述工作的基礎(chǔ)上，研制開發(fā)了一套基于TMs320F2407A的測速系統(tǒng)，并設(shè)計開發(fā)了基于Delphi7.0相應(yīng)的上位機監(jiān)控軟件。 小波變換是一種新型的時一頻分析工具，在處理暫態(tài)非平穩(wěn)信號以及對奇異信號具有提取故障特征的能力，采用dbl，db5小波基函數(shù)對逆變器的斷相故障信號進行了提取和消噪處理，通過仿真證明了所提出的方法，并對斷相后的逆變器進行了重構(gòu)。

5、 提出了一個以轉(zhuǎn)子磁鏈矢量為基礎(chǔ)的永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制速度估計方法，該方法同樣適合應(yīng)用于模糊直接轉(zhuǎn)矩控制和空間矢量調(diào)制直接轉(zhuǎn)矩控制中。為得到完全的高性能無速度系統(tǒng)，采用了一個濾波器來平滑估計轉(zhuǎn)子速度信號的噪音。這種方法除需要直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中已有的傳感器外無需額外添加傳感器。同時因為計算量較小，該算法甚至可以在低速微處理器系統(tǒng)中實現(xiàn)。無速度傳感器模糊永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果驗證了提出方法的正確可行。 在對永磁

6、同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，給出了以TMs320F2812作為微控制器，實現(xiàn)該直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的硬件和軟件實現(xiàn)策略，并在此基礎(chǔ)上對以DsP作為直接轉(zhuǎn)矩控制器的設(shè)計方法，作了進一步的探討。 在提出和分析永磁同步電機負載特性動態(tài)模型的基礎(chǔ)上，給出了電樞電流和勵磁電流的控制原理框圖，并結(jié)合可控條件，給出了線性轉(zhuǎn)矩負載、風機泵類及推進器負載的模糊控制規(guī)則。同時給出了帶死區(qū)的Bang-Bang-PI復合控制算法在恒轉(zhuǎn)矩型