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《温州大学》 2016年
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基于模糊PID的永磁同步电机控制系统研究

张文霞  
【摘要】:经济的飞速发展,人们物质条件提高,导致了环境的恶劣变化,如天气预报中雾霾提醒已成为不可缺少的内容。清洁能源越来越受到人们的关注,在这种趋势下电动汽车应运而生。与传统燃油汽车相比,电动汽车具有清洁无污染、传动效率高、能量来源多样化等优点,相信在未来终将替代传统燃油汽车。电动汽车中最核心的部分是电机控制部分,本文以电动汽车为背景,分析比较各种电机最后选择永磁同步电机最为系统的驱动对象,因其较高的功率密度、体积小、效率高、宽调速范围等优势。在控制系统总体结构上,基于实验平台,以TMS320F28335 DSP为控制核心,设计系统部分重要电路,进行实验。目前永磁同步电机控制系统存在的问题有:在低速时磁链和转矩脉动大,温度变化时系统不稳定;另外系统设计过于复杂使其体积过大、功率密度低。针对这些问题,本文从电机数学模型理论出发,研究温度变化对电机参数乃至系统的影响,引入智能控制模糊PID控制,对其进行温度补偿。在电机控制策略上,重点研究了直接转矩控制方法及其改进,温度变化对系统的影响,引入了模糊PID进行非线性控制,并对控制算法进行了Matlab/simulink仿真验证。仿真结果表明本文提出的控制方策略与传统控制技术相比,其系统更加稳定可靠,转矩脉动大大减小,相应快,抗干扰能力增强。最后基于CCS3.3设计了系统软件程序,通过上位机将程序输入到下位机进行了电机实验。实验信号波形图说明本文控制策略可行,电机转矩脉动大大减小,电机高速和低速运行均很稳定,系统可靠性高。
【关键词】:永磁同步电动机 直接转矩控制 温度变化 模糊PID
【学位授予单位】:温州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TM341;TP273
【目录】:
  • 摘要4-5
  • ABSTRACT5-9
  • 第一章 绪论9-15
  • 1 课题背景和意义9-10
  • 2 永磁同步电机控制概述10-13
  • 2.1 电机模型的建模10-11
  • 2.2 温度变化对电机参数的影响11
  • 2.3 电机的控制策略11-13
  • 2.4 模糊PID控制引入到电机控制13
  • 3 论文的主要内容13-15
  • 第二章 控制系统总体结构15-23
  • 1 引言15
  • 2 DSP控制电路部分的设计15-22
  • 2.1 DSP的选型16
  • 2.2 DSP电源电路的设计16-17
  • 2.3 复位电路的设计17
  • 2.4 JTAG电路的设计17-18
  • 2.5 时钟电路的设计18
  • 2.6 外围电路的设计18-22
  • 3 本章小结22-23
  • 第三章 永磁同步电机的具体分析23-35
  • 1 引言23
  • 2 永磁同步电机的结构23-24
  • 3 永磁同步电机的数学建模24-33
  • 3.1 电机领域的坐标变换24-30
  • 3.2 各种坐标系下PMSM的数学模型30-33
  • 4 本章小结33-35
  • 第四章 永磁同步电机直接转矩控制策略35-47
  • 1 引言35-36
  • 2 直接转矩控制基本原理36-43
  • 2.1 直接转矩控制原理36-38
  • 2.2 电压空间矢量原理38-40
  • 2.3 电压矢量与电磁转矩、磁链的相互影响40-41
  • 2.4 电压矢量选取41-42
  • 2.5 磁链、转矩滞环比较42-43
  • 3 PMSM直接转矩控制系统仿真43
  • 4 PMSM直接转矩系统仿真结果43-46
  • 5 转矩脉动和温度对系统的影响46
  • 6 本章小结46-47
  • 第五章 PMSM DTC中温度影响及温度补偿研究47-63
  • 1 引言47
  • 2 温度对系统各部分的影响47-49
  • 2.1 定子电阻与温度变化47-48
  • 2.2 磁链观测与温度变化48-49
  • 2.3 电磁转矩与温度变化49
  • 3 温度变化对DTC系统影响的仿真49-52
  • 4 温度补偿的方法——模糊PID控制52-63
  • 4.1 引言52-53
  • 4.2 模糊控制53-57
  • 4.3 模糊PID控制器的设计57-59
  • 4.4 仿真研究59-63
  • 第六章 实验结果和分析63-73
  • 1 引言63
  • 2 控制系统实验平台介绍63-64
  • 3 电机控制系统软件64-66
  • 3.1 电机控制实验软件开发平台64
  • 3.2 主程序的设计64-65
  • 3.3 中断程序设计65-66
  • 4 实验操作研究及结果66-69
  • 5 本章小结69-73
  • 第七章 总结与展望73-75
  • 参考文献75-79
  • 致谢79-81
  • 攻读硕士学位期间发表的学术论文和参研的项目81

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