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对转永磁同步电机直接转矩控制系统研究

邹勇波  
【摘要】:海洋对于我国的战略意义及其重要,各种船舶与水下航行器是未来海洋开发和海洋军事领域应用不可缺少的工具,而推进系统正是船舶与水下航行器的重要组成部分,所以发展结构简单、紧凑、低噪声、宽平滑调速、安全可靠和可维护性好的推进系统是开发海洋资源的重要一环。本文主要研究一种结构简单,高效,可控性佳的推进用新型双转子对转永磁同步电机(PMSM)的直接转矩控制系统。首先,文中阐述了新型双转子对转PMSM的基本理论,包括该电机的定转子基本结构,运行原理,并讨论了新型双转子对转PMSM的基本特点。分析了双转子对转电机的电磁关系,包括电机的等效磁路模型和电路模型,并在此基础上分析其能量流通关系。同时,为设计控制策略,还分析了电机的矢量图,并为电机的数学建模,分析了电机的电流电压以及运动方程;然后,由于本文所研究的新型双转子对转PMSM只有一套定子绕组,在控制上需要保证两边转子在不平衡负载的工况下仍可以正常稳定运行,这就要求控制策略可以控制双边转子,来实现防失步。文中在仔细研究了普通PMSM的直接转矩控制方法的基础上,根据两边转子位置差和电磁转矩与转矩角的关系,在一个逆变器不能同时直接控制两边转矩的情况下,分时控制电机转矩波动较大一边转矩,来保证电机在不平衡负载时两边转子同步,以实现电机的防失步控制,并根据建立的数学模型,在MATLAB/simulink中搭建了电机模型和控制系统的仿真模型,验证了本文提出的直接转矩控制方法的正确性。其次,设计搭建了以TI公司TMS320LF28335为核心的双转子对转PMSM直接转矩控制系统试验平台,包括试验样机加载平台,AC-DC-AC主电路设计,控制器硬件设计,控制算法软件实现等方面。最后,试验控制一台双边转子额定转速500r/min,额定功率1.2kW的双转子对转电机,并分别对对转电机双边加不平衡负载,分析试验数据,包括对转电机转速波形,转矩波形,电流电压波形等项目。最终通过加载试验结果表明,控制系统设计合理,并且电机运行稳定可靠。


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