本文關鍵詞：永磁同步電機驅動控制系統(tǒng)容錯技術研究

  更多相關文章： 永磁同步電機 直接轉矩控制 磁場定向控制 容錯 三相四開關SVPWM

【摘要】：永磁電動機體積小、效率高,適合高速運行,在軍事、工業(yè)、生活等領域被廣泛運用,其驅動系統(tǒng)穩(wěn)定可控對整套設備顯得至關重要。永磁同步電機常用的控制方法有兩種:磁場定向控制(FOC)與直接轉矩控制(DTC)。兩者的共同點是都利用空間矢量控制來進行機電能量的轉換。傳統(tǒng)直接轉矩控制利用滯環(huán)控制器對空間矢量進行選擇,磁場定向控制一般使用空間矢量調制(SVPWM)。本文首先介紹傳統(tǒng)的直接轉矩控制方法,并在MATLAB中構造控制系統(tǒng)。其次,引入預期電壓的直接轉矩控制,利用空間矢量調制(SVPWM)代替滯環(huán)控制器,改善控制性能。同時搭建磁場定向的矢量控制系統(tǒng),比較兩系統(tǒng)參與空間矢量調制變量之間的聯(lián)系,有效驗證了SVPWM能夠同時作用于預期電壓的直接轉矩控制系統(tǒng)與磁場定向的控制系統(tǒng)。本文選用磁場定向控制(FOC)的永磁同步電機驅動系統(tǒng)進行容錯策略的研究。傳統(tǒng)功率變換器由三個半橋構成,不具備容錯能力。針對單橋臂故障被隔離以后,功率變換器無法正常生成8個有效空間矢量,本文采用三相四開關的SVPWM空間矢量調制手段對其進行容錯,利用功率變換器直流母線上兩個串聯(lián)的平波電容代替故障橋臂,對電機進行控制。首先搭建仿真模型,研究三相六開關SVPWM與三相四開關SVPWM控制之間異同。針對三相四開關SVPWM控制下無零矢量的問題,提出了三種零矢量的等效調制方法。然后分析兩個串聯(lián)的平波電容容量不均時對四開關SVPWM控制下基本空間矢量的影響。最后,建立電機功率變換器模型觀測器,利用正常與故障電流的差值結合仿真對逆變器功率管的故障特征進行分析,以實現(xiàn)故障定位。本文設計了以STM32為主控制芯片的實驗平臺,包括硬件和軟件兩大部分。硬件部分設計包括主電路、驅動電路、電流電壓檢測電路、故障切換電路、電源電路等。軟件部分設計包括主程序、編碼器零脈沖捕獲中斷程序、定時器溢出中斷程序、功率中斷程序以及速度、電流調節(jié)子程序等。驗證了控制方案的可行性,分析了系統(tǒng)中的不足并做出了下一步的規(guī)劃。
【關鍵詞】：永磁同步電機 直接轉矩控制 磁場定向控制 容錯 三相四開關SVPWM
【學位授予單位】：江南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM341;TP273
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-13
• 1.1 研究背景和意義8
• 1.2 課題國內外的研究現(xiàn)狀8-12
• 1.2.1 電機驅動系統(tǒng)常見的故障8-9
• 1.2.2 故障診斷的研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2.3 永磁同步電機控制技術研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.4 容錯技術的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 本文主要研究的內容12-13
• 第二章 永磁同步電機驅動系統(tǒng)研究13-27
• 2.1 永磁同步電動機的數(shù)學模型13-17
• 2.1.1 坐標變換與坐標系13-14
• 2.1.2 PMSM在靜止坐標系中的數(shù)學模型14-15
• 2.1.3 PMSM在dq旋轉坐標系中的模型15-16
• 2.1.4 PMSM在xy旋轉坐標系中的定子電壓、磁鏈和轉矩方程16-17
• 2.2 基本空間電壓矢量17-18
• 2.3 SVPWM在DTC中的運用18-22
• 2.3.1 傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)18-19
• 2.3.2 預期電壓的DTC系統(tǒng)19-21
• 2.3.3 仿真研究21-22
• 2.4 SVPWM在FOC中的運用22-26
• 2.4.1 FOC系統(tǒng)22-25
• 2.4.2 仿真研究25-26
• 2.5 FOC和DTC的異同26
• 2.6 本章小結26-27
• 第三章 三相四開關SVPWM容錯控制27-39
• 3.1 三相四開關拓撲的基本矢量27-31
• 3.1.1 三相四開關拓撲的基本矢量推導27-29
• 3.1.2 直流母線電容不平衡對基本矢量的影響29-30
• 3.1.3 三相四開關拓撲的基本矢量仿真30-31
• 3.2 零矢量在控制中的意義31-32
• 3.3 三相四開關SVPWM的矢量分布32-37
• 3.3.1 導通時間的計算32-33
• 3.3.2 三種三相四開關SVPWM策略33-36
• 3.3.3 三種SVPWM調制波函數(shù)的內在關系36-37
• 3.4 仿真研究37-38
• 3.5 本章小結38-39
• 第四章 功率變頻器故障檢測手段39-46
• 4.1 故障后的現(xiàn)象39-40
• 4.2 仿真研究40
• 4.3 利用最小電流差進行故障診斷40-45
• 4.3.1 A相橋臂T1管開路故障43-44
• 4.3.2 A相橋臂T2管開路故障44-45
• 4.4 仿真研究45
• 4.5 本章小結45-46
• 第五章 硬件系統(tǒng)設計46-56
• 5.1 微控制器選型46
• 5.2 整流電路與預充電電路46-49
• 5.3 功率與驅動電路49-51
• 5.3.1 功率電路49-50
• 5.3.2 驅動電路50-51
• 5.4 電流檢測與保護電路51-53
• 5.5 電壓檢測與保護電路53-54
• 5.6 晶閘管切換電路54
• 5.7 電源電路54-55
• 5.8 本章小結55-56
• 第六章 軟件系統(tǒng)設計56-62
• 6.1 主程序56-57
• 6.2 編碼器零脈沖捕獲中斷57-59
• 6.2.1 轉子初始位置定位57-58
• 6.2.2 速度信號計算58-59
• 6.3 定時器溢出中斷59-60
• 6.4 速度電流調節(jié)子程序60-61
• 6.5 其他中斷61
• 6.6 本章小結61-62
• 第七章 控制系統(tǒng)實驗分析62-65
• 7.1 實驗平臺介紹62-63
• 7.2 實驗結果63-64
• 7.3 本章小結64-65
• 總結與展望65-66
• 致謝66-67
• 參考文獻67-70
• 附錄：作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及科研成果70

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本文編號：1093590