【摘要】：永磁同步電機(jī)由于具有高效率、高轉(zhuǎn)矩密度等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于各種要求高性能伺服控制的場(chǎng)合，比如數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人控制等。這些高性能驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合對(duì)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩平滑度要求都很高。然而由于電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的非理想和逆變器的非線性特性，永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩存在較大的脈動(dòng)，從而限制了永磁同步電機(jī)在高精度場(chǎng)合的應(yīng)用。所以研究永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制策略，增加轉(zhuǎn)矩平滑度，具有重大的工程意義。 在不對(duì)電機(jī)本體設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化的前提下，主要研究采用諧波電流注入法抑制表貼式永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的控制策略。在分析永磁同步電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，建立了永磁同步電機(jī)的基波數(shù)學(xué)模型。為了研究功率逆變器的非線性特性對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出的影響，推導(dǎo)出了逆變器輸出誤差電壓的傅里葉方程。針對(duì)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁磁鏈的畸變特點(diǎn)，對(duì)永磁同步電機(jī)在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的諧波數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了研究，獲得了諧波轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式。結(jié)合永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生機(jī)理，建立了齒槽轉(zhuǎn)矩與電機(jī)本體參數(shù)的關(guān)系模型。 基于諧波電流注入法的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制策略是通過(guò)注入諧波電流，，實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的抑制。為了獲得諧波參考電流指令，根據(jù)諧波轉(zhuǎn)矩方程和對(duì)永磁體磁鏈的諧波分析，提出了計(jì)算q軸諧波電流指令的方法。在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下加入諧波電流閉環(huán)控制，使實(shí)際電流跟蹤電流指令，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩抵消電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。在計(jì)算出交軸指令電流的基礎(chǔ)上，提出了采用同步旋轉(zhuǎn)PI控制器和比例諧振控制器的諧波電流注入策略，抑制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。針對(duì)電流環(huán)控制帶寬有限的問(wèn)題，在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，提出用旋轉(zhuǎn)PI控制器法實(shí)現(xiàn)對(duì)5次和7次諧波電流的提取和控制。為了減小控制系統(tǒng)的計(jì)算量，通過(guò)傳統(tǒng)的PI控制器和比例諧振控制器的并聯(lián)控制，使實(shí)際電流跟蹤指令電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩諧波的抑制。 在MATLAB/Simulink和SimplorerMaxwell下分別建立永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真模型，對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制策略進(jìn)行仿真分析。針對(duì)電機(jī)磁路非線性的問(wèn)題，提出了有限元迭代計(jì)算的優(yōu)化策略，仿真結(jié)果驗(yàn)證了算法的有效性。在仿真分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于DSP的永磁同步電機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并在硬件平臺(tái)上進(jìn)行轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制算法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了兩種諧波抑制策略都可以對(duì)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)進(jìn)行有效抑制，從而驗(yàn)證了算法的可行性。
[Abstract]:Permanent magnet synchronous motor (PMSM) has been widely used in various situations requiring high performance servo control, such as CNC machine tool, robot control and so on because of its high efficiency and high torque density. In these high performance driving situations, the output torque smoothness of the motor is very high. However, due to the non-ideal design of the motor structure and the nonlinear characteristics of the inverter, the torque of the permanent magnet synchronous motor has a large pulsation, which limits the application of the permanent magnet synchronous motor in high-precision situations. Therefore, it is of great engineering significance to study the torque ripple suppression strategy and increase the torque smoothness of PMSM. On the premise of not optimizing the design of motor body, the control strategy of restraining torque ripple of permanent magnet synchronous motor (PMSM) using harmonic current injection method is studied. On the basis of analyzing the system structure and working principle of permanent magnet synchronous motor (PMSM), the fundamental wave mathematical model of PMSM is established. In order to study the influence of the nonlinear characteristics of power inverter on the torque output of the motor, the Fourier equation of the output error voltage of the inverter is derived. According to the distortion characteristics of permanent magnet flux in permanent magnet synchronous motor rotor, the harmonic mathematical model of permanent magnet synchronous motor in rotating coordinate system is studied, and the expression of harmonic torque is obtained. Based on the generation mechanism of gear slot torque of permanent magnet synchronous motor (PMSM), the relationship model between tooth slot torque and motor body parameters is established. Torque ripple suppression strategy based on harmonic current injection is to suppress torque ripple of PMSM by injecting harmonic current. In order to obtain the harmonic reference current instruction, a method for calculating the Q axis harmonic current command is proposed according to the harmonic torque equation and the harmonic analysis of the flux chain of the permanent magnet. In the synchronous rotating coordinate system, the harmonic current closed-loop control is added to make the actual current track the current instruction, and the electromagnetic torque cancels the torque ripple of the motor. Based on the calculation of the alternating axis instruction current, a harmonic current injection strategy based on synchronous rotation Pi controller and proportional resonance controller is proposed to suppress the torque ripple of the motor. In order to solve the problem of limited current loop control bandwidth, a rotating Pi controller method is proposed to extract and control the fifth and seventh harmonic currents in the rotating coordinate system. In order to reduce the computational complexity of the control system, the actual current tracking instruction current is realized by parallel control of the traditional Pi controller and the proportional resonance controller, and the torque harmonic suppression is realized. The simulation model of PMSM control system is established under MATLAB/Simulink and SimplorerMaxwell, and the torque ripple suppression strategy is simulated and analyzed. In order to solve the nonlinear problem of motor magnetic circuit, the optimization strategy of finite element iterative calculation is proposed, and the simulation results verify the effectiveness of the algorithm. On the basis of simulation and analysis, the hardware experiment platform of permanent magnet synchronous motor based on DSP is designed, and the torque ripple suppression algorithm is verified by experiment on the hardware platform. The experimental results show that both harmonic suppression strategies can effectively suppress the torque ripple of PMSM, which verifies the feasibility of the algorithm.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM341

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)會(huì)議論文 前5條

1 ;A Novel Dead-time Compensation in Vector Controlled PMSM System[A];中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)控制理論專業(yè)委員會(huì)B卷[C];2011年

2 吳茂剛;趙榮樣;;永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)分析與削弱[A];2009中國(guó)控制與決策會(huì)議論文集（2）[C];2009年

3 裘君;趙光宙;劉棟良;王家軍;;交流伺服系統(tǒng)逆變器死區(qū)效應(yīng)分析及其補(bǔ)償策略[A];第12屆全國(guó)電氣自動(dòng)化與電控系統(tǒng)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2004年

4 陳琦;余海濤;;基于Ansoft的單相圓筒型永磁直線電機(jī)定位力優(yōu)化分析[A];第十七屆中國(guó)小電機(jī)技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2012年

5 袁佳歆;趙震;費(fèi)雯麗;;基于免疫算法的三相逆變器無(wú)死區(qū)空間矢量?jī)?yōu)化研究[A];中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)——新能源發(fā)電技術(shù)論壇論文集[C];2013年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 王晉;多相永磁電機(jī)的理論分析及其控制研究[D];華中科技大學(xué);2010年

2 王道涵;新型磁通切換型磁阻電機(jī)系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)與控制研究[D];山東大學(xué);2010年

3 楊波;基于并網(wǎng)逆變器電能質(zhì)量與變換效率的若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2010年

4 汪洪亮;逆變器并聯(lián)系統(tǒng)若干關(guān)鍵問(wèn)題研究[D];華中科技大學(xué);2011年

5 孫堯;矩陣變換器若干關(guān)鍵問(wèn)題研究[D];中南大學(xué);2010年

6 李浩;大功率三電平變換器關(guān)鍵技術(shù)及同步電機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2010年

7 洪俊杰;繞組分段永磁直線同步電機(jī)電流預(yù)測(cè)控制的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

8 宮海龍;高轉(zhuǎn)矩永磁輪轂電機(jī)磁系統(tǒng)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

9 李祥生;多橋臂磁軸承開(kāi)關(guān)功率放大器調(diào)制技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

10 李輝;采用串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行和控制策略研究[D];重慶大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張漢允;永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)與特性分析[D];河南理工大學(xué);2010年

2 齊丹平;多相感應(yīng)電機(jī)的缺相運(yùn)行與控制策略研究[D];重慶理工大學(xué);2010年

3 王振;無(wú)刷雙饋混合磁極永磁電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)的研究[D];南昌大學(xué);2010年

4 范長(zhǎng)寶;基于DSP永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)側(cè)變流器的研究[D];沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué);2011年

5 張昊;變頻調(diào)速用軸向分段式永磁外轉(zhuǎn)子爪極電機(jī)的研究[D];沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué);2011年

6 李爽;低速大轉(zhuǎn)矩繞線轉(zhuǎn)子自起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與起動(dòng)性能分析[D];沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué);2011年

7 崔剛;低壓低速兆瓦級(jí)多支路PMSM齒槽轉(zhuǎn)矩及真分?jǐn)?shù)槽繞組問(wèn)題研究[D];沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué);2011年

8 孔嵩;地鐵能饋式牽引供電變流系統(tǒng)諧波分析及抑制研究[D];北京交通大學(xué);2011年

9 瞿曉東;電動(dòng)汽車四輪驅(qū)動(dòng)控制策略的研究[D];武漢理工大學(xué);2011年

10 張科;永磁電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩研究[D];河南理工大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2167545