电机矢量控制系统及其节能化研究
【摘要】:矢量控制通过测量异步电动机定子电流矢量,并利用坐标变换原理将三相交流矢量转变为旋转坐标系中的直流分量,再根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁、转矩两电流分量进行控制,最终达到控制异步电动机调速的目的。矢量控制实际上就是将电机的磁链与转矩解耦,再独立设计两者的调节器,以实现对交流电机的进行类似于直流电机的高性能调速。矢量控制的电机调速系统具有调速范围宽、动态性能好的优点。本文研究的是以TMS320F2812为核心的变频调速系统及系统的节能化设计。
文章首先介绍了异步电机模型的搭建和矢量控制的基本原理。利用异步电机的模型在MATLAB/SIMULINK中建立起磁场定向矢量控制的整体结构,通过大量的仿真验证了矢量控制的调速系统的正确性与稳定性。在硬件方面,设计了以DSP为核心的控制电路以及以IPM为核心的功率电路,文中对系统的整体结构,功率电路,以及电流检测电路,电压检测电路,电源模块和保护电路都做了简要的介绍。在软件方面,利用C语言编写了异步电机矢量控制程序,文中对程序的磁链观测子模块,PI调节子模块,电压空间矢量PWM(SVPWM)子模块,电流检测采样子模块,转速采样子模块进行了详细的介绍。所有程序在实验台上调试通过。
文章接着在矢量控制的基础上介绍了最小损耗控制技术的背景,针对于矢量控制的电机变频系统在轻载时运行于额定磁链造成了能量浪费的问题,首先推导出计算铁损耗影响的异步电机的数学模型,在MATLAB/SIMILINK中建立了考虑铁损耗的异步电机的矢量控制的数学模型。并在此基础进行了大量的仿真研究,比较了损耗模型控制和搜索控制的优缺点。最后提出了一种基于电机模型与模糊控制的混合搜索控制策略的矢量控制节能优化算法,仿真结果表明该方法是稳定有效的。
最后文章提出了进一步完善和研究的方向。