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永磁同步电机的矢量控制系统

汤新舟  
【摘要】:自80年代以来,永磁同步电机控制系统得到了迅速的发展,永磁同步电机控制系统也越来越多的应用在各种工业场合,在高精度的伺服控制系统中,永磁同步电机已逐渐取代直流电机控制系统称为主流。 本课题是浙江大学和宁波海天公司合作的横向课题,课题主要内容是研制注塑机械用永磁同步电机控制系统。控制系统对传统液压传动的注塑机械进行变频改造以达到节能等目的。本文从课题要求和实际应用的角度出发,设计了以TMS320F240为核心的永磁同步电机矢量控制系统,详细叙述了控制系统的搭建方法,并对永磁同步电机的初始位置检测和死区补偿作了理论的研究。 本文的结构和主要研究内容如下: 第一章介绍了永磁电机的原理、现状和发展历史;永磁电机的两个主要类别无刷直流电机和永磁同步电机的控制系统及各自的特点。分析了影响永磁同步电机控制系统发展的几个主要因素。最后提出了本文需要解决的问题。 第二章对永磁同步电机的基本结构和数学模型做了详细的介绍。介绍了永磁同步电机控制系统的主要组成部分电流环,转速环和位置环的常见控制策略,这三个环之间的关系和如何综合调节这三个环。控制系统采用的是矢量控制方法,本章最后详细地分析了永磁同步电机的矢量控制策略,这种策略的软件实现方法,并给出了基于MATLAB/SIMULINK的控制系统仿真。 第三章从介绍了实际的电路设计,包括搭建以TMS320F240为核心的控制系统的搭建,智能功率模块IPM的使用及控制的主要方法,控制面盘的设计。 第四章分析了永磁同步电机控制系统中的一个主要问题:初始位置检测。分析了现有的初始位置检测的主要方法,并提出了一种利用永磁同步电机的凸极效应和非线性的磁化特性来估算转子初始位置的方法,这种方法不需要任何位置传感器,可以应用于无速度传感器永磁同步电机控制系统之中。 第五章介绍了矢量控制永磁同步电机矢量控制系统的死区补偿问题。死区补偿是全文理论研究的主要内容。本章根据平均电压的方法分析了空间矢量调制逆变器死区效应对逆变器所造成的电压和电流的畸变情况,以及对控制系统的性能所造成的影响,指出死区补偿是影响永磁同步电机低速性能的主要因素。并对死区补偿的影响作了定量的推导,根据推导所得的结论提出了两种软件死区补偿的方法。提出了软件死区补偿的实现方案并以实验验证了这种方法的可行性。 在论文的最后对全文的工作进行了总结。


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