本文關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)弱磁控制系統(tǒng)的研究

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【摘要】：永磁同步電機(jī)(PMSM)具有體積小、功率密度大、損耗少、效率高等特點(diǎn),被廣泛運(yùn)用于數(shù)控機(jī)床,工業(yè)機(jī)器人等高速高精度場(chǎng)合。電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)會(huì)隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速升高而快速增長(zhǎng),但定子電壓不能無(wú)限制地增加,所以電機(jī)升壓調(diào)速范圍受到限制。為了拓寬永磁同步電機(jī)的調(diào)速范圍,可通過(guò)弱磁控制來(lái)降低磁鏈的大小。由于永磁同步電機(jī)是通過(guò)永磁體勵(lì)磁的,無(wú)法通過(guò)改變勵(lì)磁電流直接減弱磁場(chǎng),但可通過(guò)調(diào)節(jié)直軸電流來(lái)實(shí)現(xiàn),采用反向增加電機(jī)直軸電流分量來(lái)使合成氣隙磁場(chǎng)得到減弱,從而使電壓關(guān)系保持平衡,得到弱磁升速的效果。本文從弱磁控制的角度出發(fā),對(duì)弱磁升速的問(wèn)題進(jìn)行了研究,并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本文首先介紹了永磁同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及其工作原理；對(duì)比分析了永磁同步電機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系、兩相靜止坐標(biāo)系和兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型；介紹了永磁同步電機(jī)矢量控制的原理,在此基礎(chǔ)上詳細(xì)敘述了空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)。其次,從表貼式永磁同步電機(jī)d、q軸的電壓穩(wěn)態(tài)方程出發(fā),對(duì)兩種弱磁控制策略進(jìn)行研究。其一,分析了基于梯度校正法弱磁控制策略的電機(jī)運(yùn)行區(qū)域,并給出了各個(gè)運(yùn)行區(qū)域的d、q軸電流修正算法。其二,針對(duì)梯度校正法算法復(fù)雜的不足,提出了一種新的弱磁控制策略：基于擴(kuò)展最大轉(zhuǎn)矩電流比的弱磁控制策略。該控制策略在保持電機(jī)在全速范圍內(nèi)的最大轉(zhuǎn)矩電流比控制和有效拓寬電機(jī)調(diào)速范圍的同時(shí),也保持電機(jī)一定的高速帶載能力。通過(guò)MATLAB/Simulink仿真軟件對(duì)基于擴(kuò)展最大轉(zhuǎn)矩電流比的弱磁控制算法進(jìn)行仿真分析,仿真結(jié)果表明該算法有效提升了電機(jī)的調(diào)速范圍,且具有良好的電流響應(yīng)性能。最后以T1公司的TMS320F28335芯片為控制核心,以富士公司的智能功率模塊(IPM 6MBP30RH060)為功率驅(qū)動(dòng)核心設(shè)計(jì)與搭建硬件系統(tǒng),并結(jié)合相應(yīng)的軟件系統(tǒng)組成了完整的弱磁控制系統(tǒng)。對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)試和實(shí)驗(yàn)效果分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了文中提出的弱磁控制方案的有效性,為永磁同步電機(jī)弱磁控制系統(tǒng)進(jìn)一步改進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：永磁同步電機(jī) 弱磁控制 矢量控制 最大轉(zhuǎn)矩電流比
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TM341
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 課題研究背景及意義11-12
• 1.2 弱磁控制的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 基于控制策略的弱磁控制12-14
• 1.2.2 基于改進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)的弱磁控制14-15
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容15-17
• 第二章 永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型及其控制策略17-33
• 2.1 永磁同步電機(jī)基本結(jié)構(gòu)及其工作原理17-18
• 2.2 永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型18-23
• 2.2.1 三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型18-20
• 2.2.2 兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型20-21
• 2.2.3 兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型21-23
• 2.3 永磁同步電機(jī)矢量控制原理23-25
• 2.4 空問(wèn)矢量調(diào)制技術(shù)25-32
• 2.4.1 SVPWM的基本原理25-29
• 2.4.2 SVPWM算法的實(shí)現(xiàn)29-32
• 2.5 本章小結(jié)32-33
• 第三章 永磁同步電機(jī)弱磁控制33-50
• 3.1 永磁同步電機(jī)弱磁控制的約束條件33-36
• 3.1.1 不考慮定子電阻的約束方程33-35
• 3.1.2 考慮定子電阻的約束方程35-36
• 3.2 永磁同步電機(jī)弱磁控制的自動(dòng)弱磁環(huán)節(jié)36-38
• 3.3 基于梯度校正法的弱磁控制策略38-41
• 3.3.1 永磁同步電機(jī)的運(yùn)行區(qū)域38-40
• 3.3.2 弱磁電流給定值的修正40-41
• 3.4 擴(kuò)展最大轉(zhuǎn)矩電流比弱磁控制策略41-45
• 3.4.1 工作區(qū)域的劃分42-43
• 3.4.2 弱磁區(qū)間的電流給定43-45
• 3.5 電機(jī)參數(shù)對(duì)弱磁性能的影響45-47
• 3.6 仿真及分析47-49
• 3.7 本章小結(jié)49-50
• 第四章 永磁同步電機(jī)弱磁控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)50-64
• 4.1 PMSM弱磁控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)50-59
• 4.1.1 硬件系統(tǒng)總體架構(gòu)50-51
• 4.1.2 功率驅(qū)動(dòng)板電路設(shè)計(jì)51-55
• 4.1.3 控制板電路設(shè)計(jì)55-59
• 4.2 PMSM弱磁控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)59-63
• 4.2.1 軟件系統(tǒng)總體框架59-60
• 4.2.2 主程序設(shè)計(jì)60-61
• 4.2.3 中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)61-63
• 4.3 本章小結(jié)63-64
• 第五章 永磁同步電機(jī)弱磁控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究64-70
• 5.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)簡(jiǎn)介64-65
• 5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果65-69
• 5.2.1 開(kāi)環(huán)實(shí)驗(yàn)65-67
• 5.2.2 電流跟隨實(shí)驗(yàn)67-69
• 5.2.3 速度跟隨實(shí)驗(yàn)69
• 5.3 本章小結(jié)69-70
• 總結(jié)與展望70-71
• 參考文獻(xiàn)71-76
• 致謝76

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