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《天津大学》 2003年
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高性能永磁交流伺服系统及其新型控制策略的研究

窦汝振  
【摘要】:作为数控机床、机器人等的重要组成部分,随着加工制造、汽车等行业的发展,永磁交流伺服系统成为国内外研究和应用的一个重要领域。在对永磁同步电动机(PMSM)的数学模型和控制理论进行全面、深入研究的基础上,本文在PMSM的转矩观测器、直接转矩控制(DTC)和无位置传感器控制方面做了大量的理论和实验研究,并研制开发了一套高性能全数字永磁交流伺服系统。 提出一种基于时延的转矩观测器,克服了传统转矩观测器对电机参数的依赖性,提高了系统抗负载扰动能力,并通过理论分析和实验结果证明了其稳定性和有效性。 给出了PMSM直接转矩控制的实现方法,推导出在电流限制条件下,基速以上采用MTPA(最大转矩/电流)运行时的稳定条件,否则会引起系统失稳。 提出一种基于空间矢量PWM(SVPWM)的PMSM定子磁链定向控制方法,综合了直接转矩控制和矢量控制的优点,可实现电压矢量近似连续调节,有效减小了PMSM的转矩脉动,极大地提高了系统的性能,仿真和实验结果证明了这一结论。 提出了一种基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)的PMSM直接转矩控制方法,有效提高了定子磁通观测的准确性,并对电机参数变化具有较强的鲁棒性。由于卡尔曼滤波器不需要准确的初始值,所以解决了直接转矩控制对转子初始位置的要求,是一种本质上的无位置传感器控制方法,仿真结果证明了该方法的有效性。 提出一种基于自适应滑模观测器的PMSM无位置传感器控制方法,对电机参数和负载扰动具有较强的鲁棒性,利用李亚普诺夫理论证明了该算法的收敛性,仿真和实验结果证明了上述结论。 在上述工作的基础上,研制开发了一套基于TMS320F240的高性能全数字永磁交流伺服系统,并设计开发了相应的上位机监控软件。该系统以空间矢量PWM控制为核心,具有多种接口方式、宽调速范围和良好的动静态特性。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TM351

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 许峻峰,徐英雷,冯江华,许建平;永磁同步电机直接转矩控制中定子磁链的分析[J];电气传动;2005年01期
2 曹晨霞;齐亮;唐丽婵;;永磁同步直线电动机直接推力仿真[J];上海电机学院学报;2012年03期
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中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 盛义发;城轨牵引内置式永磁同步电机驱动系统效率优化控制方法研究[D];中南大学;2010年
2 石晶合;永磁同步电机非线性及谐波参数的闭环辨识系统研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
3 刘清;基于自抗扰控制器的永磁同步电机伺服系统控制策略的研究及实现[D];天津大学;2011年
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5 王丽梅;基于高频信号注入的永磁同步电动机无位置传感器控制[D];沈阳工业大学;2005年
6 孙凯;自抗扰控制策略在永磁同步电动机伺服系统中的应用研究与实现[D];天津大学;2007年
7 王建宽;横向磁场永磁电机及其驱动系统研究[D];上海大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵楠;基于嵌入式平台的感应电机高性能控制系统的研究[D];沈阳工业大学;2011年
2 邢丰;基于DSP的永磁同步直线电机数字化控制系统的研究[D];沈阳工业大学;2011年
3 王鑫;基于DSP2812的永磁同步伺服系统的研究[D];南京航空航天大学;2010年
4 范超;大型工业机器人操作臂机构设计与运动控制仿真[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 黄杰;永磁同步电机伺服驱动器的研究与设计[D];华中科技大学;2010年
6 赵春水;全数字永磁同步电机位置伺服系统研究[D];天津大学;2004年
7 陈慧琴;基于自抗扰控制器的永磁同步电动机交流调速系统的研究[D];天津大学;2004年
8 徐宏;基于DSP的永磁同步伺服系统的研究[D];大连理工大学;2006年
9 方艳霞;基于非线性反向递推方法的永磁同步电动机控制器设计[D];沈阳工业大学;2006年
10 陈宗云;基于DSP的永磁同步电机伺服系统的研究[D];浙江工业大学;2006年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 何建军,周鹗;PWM 逆变器中死区效应的定量分析[J];东南大学学报;1997年05期
2 陈志杰;尚菊明;赵家璧;周鹗;;交流伺服电机高精度转速估计[J];电气传动;1993年06期
3 王晓东;陈伯时;夏承光;;基于单神经元自适应PID控制器直流调速系统的研究[J];电气传动;1996年04期
4 李艳,邵曰祥,邵世煌,方建安;带有神经网络估计器的模糊直接转矩控制[J];电气传动;1997年01期
5 郭庆鼎,王丽梅,罗睿夫;神经网络在伺服系统中的应用[J];电气传动;1997年01期
6 李艳,邵日祥,邵世煌;模糊控制在电气传动中的运用现状及前景[J];电气传动;1997年02期
7 陶红明,龚春文,程善美,李浚源;基于DSP的全数字化异步电动机直接转矩控制系统[J];电气传动;1997年04期
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9 许镇琳;窦汝振;翟轶强;;永磁同步电动机直接转矩控制系统的研究[J];电气自动化;2000年04期
10 窦汝振;许镇琳;翟轶强;;预测控制在异步电动机直接转矩控制系统中的应用研究[J];电气自动化;2001年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周成朋;基于有功负荷ON-OFF调制的电力系统稳定控制[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2005年01期
2 徐华军;;基于DSP控制器的SVPWM交流调速控制系统设计[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2006年01期
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4 王明艳;张海峰;;基于JPEG2000标准的视频监控系统的设计[J];安防科技;2008年01期
5 蒲东兵;马志强;庞长明;孙英娟;于哲舟;;基于DSP的掌纹识别门禁系统设计与实现[J];安防科技;2008年02期
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7 张春,郭兴众;模糊直接转矩控制系统的仿真研究[J];安徽机电学院学报;2002年04期
8 丁晓贵;神经网络在非线性系统参数辨识中应用[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2003年04期
9 岳强;郭兴众;;基于定子磁链的异步电动机软启动仿真研究[J];安徽工程大学学报;2011年02期
10 冯瑞琴;;基于PLC和模糊控制技术的污水处理控制系统设计与实现[J];安徽农业科学;2011年34期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 胡春雨;李武峰;严辉;;一种新型电动汽车智能充电机的研制[A];第十四届中国科协年会第19分会场:电动汽车充放电技术研讨会论文集[C];2012年
2 杨俊春;胡军;吕孝乐;;高超声速飞行器再入段滑模跟踪控制设计[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 梁捷;陈力;;漂浮基空间机械臂姿态、关节协调运动的模糊变结构滑模控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 陈志煌;陈力;;漂浮基双臂空间机器人本体与末端抓手协调运动的模糊滑模控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 乔美英;兰建义;;模糊逻辑神经网络控制在交流调速系统中的仿真研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 杨林;樊立萍;;基于模糊的电气伺服系统等效滑模变结构控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 毛行静;陈力;;漂浮基空间机械臂末端爪手惯性空间轨迹跟踪的改进滑模变结构控制方案[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 李岳明;郭冰洁;庞永杰;;滑模变结构控制削弱抖振的一种方法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 管力明;林剑;胡更生;;基于滑模控制的无轴单张纸输纸机同步控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 张晨曦;樊鹏辉;王新华;蔡开元;;可垂直起降和高速前飞飞行器模态转换控制律设计[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 周芳;蒸汽发生器检修机械手路径规划及控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 刘翔宇;基于直接横摆力矩控制的车辆稳定性研究[D];合肥工业大学;2010年
3 王前;开关电源的协同控制理论及脉宽调制应用技术研究[D];华南理工大学;2010年
4 陈江辉;Buck型逆变器高阶系统布尔型滑模控制及反馈线性化最优控制研究[D];华南理工大学;2010年
5 李奇南;钢板磁悬浮系统控制[D];浙江大学;2010年
6 吴乐彬;基于电液伺服并联六自由度机构的广义负载模拟理论和实验研究[D];浙江大学;2010年
7 魏晋宏;预测控制在工业生产过程中的应用研究[D];太原理工大学;2011年
8 周巍;煤矿井下搜救探测机器人的路径规划及轨迹跟踪控制研究[D];太原理工大学;2011年
9 刘颖明;永磁式直驱风电机组控制技术研究[D];沈阳工业大学;2011年
10 张勇;交通流的非线性分析、预测和控制[D];北京交通大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王立飞;基于ARM的三相交流异步电动机调速系统研究[D];华中农业大学;2010年
2 汪步云;水下作业机械手抓取力伺服控制的研究[D];安徽工程大学;2010年
3 况清龙;基于逆变器的直流无源滤波器的优化设计及其可视化算法[D];南昌航空大学;2010年
4 徐旭;基于ARM的电阻点焊控制器[D];南昌航空大学;2010年
5 苗晋玲;基于ARM的三自由度直升机嵌入式控制系统设计[D];南昌航空大学;2010年
6 马爱清;真空差压铸造系统加压模型建立与控制算法设计[D];南昌航空大学;2010年
7 高圆圆;基于FPGA的跑步机变频调速系统的设计研究[D];山东科技大学;2010年
8 徐艳;基于DSP的图像跟踪系统及跟踪算法的研究[D];长春理工大学;2010年
9 魏光宇;二维转台控制系统[D];长春理工大学;2010年
10 黄磊;模糊控制技术在热风炉温控系统中的应用研究[D];长春理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王峰,刘海东,丁勇,陈善亮,毛保华;列车节能运行的算法及实施技术研究[J];北方交通大学学报;2002年05期
2 王松;刘明光;石双双;杨罡;;基于卡尔曼滤波和神经网络的PMSM参数辨识[J];北京交通大学学报;2010年02期
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 储剑波;驱动空调压缩机的永磁同步电动机的控制技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
2 李磊;异步电机无速度传感器直接转矩控制系统的研究与实践[D];南京航空航天大学;2001年
3 张涛;非线性系统控制策略的研究[D];浙江大学;2001年
4 张伟;无转速传感器异步电机矢量控制系统控制方法的研究[D];浙江大学;2001年
5 游有鹏;开放式数控系统关键技术研究[D];南京航空航天大学;2002年
6 田淳;无位置传感器同步电机直接转矩控制理论研究与实践[D];南京航空航天大学;2002年
7 邱建琪;永磁无刷直流电动机转矩脉动抑制的控制策略研究[D];浙江大学;2002年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吴君;多轴运动控制系统的设计与应用[D];上海交通大学;2011年
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7 吴振军;混沌开关调制技术降低开关模式电源EMI水平研究[D];郑州大学;2003年
8 孙业树;基于DSP的永磁同步电机交流伺服控制系统的研究与设计[D];江苏大学;2003年
9 廉晨龙;基于DSP的新型交流伺服控制系统研究[D];浙江大学;2004年
10 胡奇锋;永磁同步电机高性能调速控制系统研究[D];浙江大学;2004年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 曹光华;;双模糊复合控制策略及其在交流调速系统中的应用研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2008年02期
2 王石贤;芦子卿;;电动变桨伺服系统的自抗扰控制研究[J];电气传动自动化;2011年01期
3 郎宝华;刘卫国;贺虎成;周熙炜;;基于最大转矩电流比动态磁链给定的直接转矩控制[J];电气传动;2008年01期
4 邢绍邦;罗印升;宋伟;陈太洪;;永磁同步电机效率改善策略比较研究[J];电气传动;2012年04期
5 代根学;刘军;刘朝晖;;基于DSP与CAN总线的跟踪伺服控制器设计[J];电子技术应用;2010年07期
6 周全;白国振;熊友;曹鹏坤;;基于SIMOTION D425运动控制系统的CAM曲线[J];电子科技;2011年10期
7 王骞;邹继斌;赵玫;张娟;李帅;;高转矩密度横向磁场电机及其发展[J];高技术通讯;2010年07期
8 刘明基;郭韩金;舒佳驰;;基于SVPWM技术的永磁同步电机模糊自适应控制系统研究[J];电力科学与工程;2013年02期
9 石广宇;曹军;刘亚秋;;基于Stribeck摩擦模型的PID控制[J];电子技术与软件工程;2014年10期
10 周伟科;吕强;单东升;苏奎峰;;自抗扰控制在坦克炮控执行机构中的应用[J];火炮发射与控制学报;2009年03期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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5 张辉;永磁同步电机变频驱动鲁棒控制策略研究[D];中国矿业大学;2011年
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10 龚依民;混合动力客车集成一体化启动—发电机技术(ISG)与监控系统研究[D];吉林大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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6 朱志伟;基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器研究[D];大连理工大学;2010年
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9 杨崔;混合动力电动汽车电机驱动控制研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
10 邝治全;数控四轴立式加工中心主轴伺服控制研究[D];华南理工大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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6 王德明;无速度传感器的异步电动机直接转矩控制的研究[D];河海大学;2005年
7 林伟杰;永磁同步电机伺服系统控制策略的研究[D];浙江大学;2005年
8 姚绪梁;减摇鳍的动态水动力特性及电伺服系统研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
9 李军超;数控电动螺旋压力机控制关键技术研究[D];华中科技大学;2008年
10 王毅;级联型多电平逆变器的新型拓扑结构与控制方法研究[D];华北电力大学(河北);2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨淑霞;电动汽车异步电机直接转矩控制的研究[D];西南交通大学;2003年
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5 甄鹏;异步电机直接转矩控制系统改善低速性能的研究[D];中南大学;2005年
6 张宏飞;基于DSP的直接转矩控制系统的开发与研究[D];大连铁道学院;2003年
7 倪丽琴;基于直接转矩控制的电梯门机系统设计[D];大连理工大学;2005年
8 周波;基于DSP的直接转矩控制系统的研究与实现[D];沈阳工业大学;2006年
9 胡超芳;基于DSP直接转矩控制系统的研究[D];河北工业大学;2003年
10 黄玉强;异步电机直接转矩控制系统研究[D];西北工业大学;2005年
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