【摘要】：高效率、高功率因數(shù)、高功率密度的永磁同步電機(jī)(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)近年來已經(jīng)越來越成為工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的焦點,而隨著電力電子技術(shù)以及無速度傳感器矢量控制理論的發(fā)展成熟,使得交流電機(jī)的控制變得越來越高效穩(wěn)定。如今,永磁同步電機(jī)在電動汽車、數(shù)控機(jī)床、天空航天領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用,研究永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)對進(jìn)一步推動社會生產(chǎn)力發(fā)展具有非凡意義。針對機(jī)械式速度傳感器存在的系統(tǒng)復(fù)雜、適應(yīng)性低以及成本高的問題,本文主要研究了一種基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的永磁同步電機(jī)無速度傳感器矢量控制系統(tǒng),具體內(nèi)容如下:首先,介紹了永磁同步電機(jī)研究現(xiàn)狀,表明PMSM無速度控制方法有很多種,這些方法在電機(jī)不同運(yùn)行階段的表現(xiàn)不一,有的適應(yīng)于電機(jī)的中高速運(yùn)行,有的適應(yīng)于低速運(yùn)行;并且在分析PMSM結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上建立其數(shù)學(xué)模型,并進(jìn)行坐標(biāo)的推導(dǎo)與變換,闡述了永磁同步電機(jī)空間電壓矢量調(diào)制原理。其次,分析了永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真模型的建立方法,包括雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)框架設(shè)計、電流環(huán)與速度環(huán)PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)計,研究了永磁同步電機(jī)基于直軸電流為零的轉(zhuǎn)子磁場定向控制策略,以及該控制策略下空間矢量脈寬調(diào)制波形(SVPWM)的產(chǎn)生機(jī)理以及產(chǎn)生方法。建立了MATLAB/Simulink下的永磁同步電機(jī)無速度傳感器矢量控制仿真模型,進(jìn)行了仿真結(jié)果分析。然后,給出了卡爾曼濾波算法的原理,對EKF模型進(jìn)行詳盡地推導(dǎo)分析,介紹了EKF在離散和連續(xù)系統(tǒng)中的使用方法,給出了利用擴(kuò)展卡爾曼濾波器作為觀測器的永磁同步電機(jī)無速度傳感器矢量控制模型,在MATLAB中進(jìn)行仿真,分析仿真結(jié)果,論證了EKF算法在永磁同步電機(jī)無速度傳感器矢量控制中的有效性和良好的跟隨性能,同時在改變電機(jī)參數(shù)條件下,驗證了EKF算法的魯棒性。最后,以TMS320F28335型號DSP芯片為核心,設(shè)計控制系統(tǒng)軟、硬件結(jié)構(gòu)和主要功能模塊的原理及其實現(xiàn)方法。硬件部分設(shè)計控制系統(tǒng)的控制電路和輔助電路,軟件部分編寫系統(tǒng)的主程序、中斷子程序和各部分的軟件實現(xiàn)程序,并在實驗平臺上完成了系統(tǒng)的調(diào)試。
【學(xué)位授予單位】：湖南工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM341
【圖文】：

2.1.1 永磁同步電機(jī)基本工作原理圖 2.1 永磁同步電機(jī)基本工作原理結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.1所示為一個永磁同步電機(jī)基本工作原理結(jié)構(gòu)示意圖。在定子繞組中通入對稱三相電流，由磁阻最小原理[28]，即磁通總是沿磁阻最小路徑閉合，可知永磁轉(zhuǎn)子將被吸引產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速為60 /s pn = f n(2-1)其中Sn 為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（rpm/min）， f 為三相電流頻率（Hz），pn 為定子極對數(shù)。由式（2-1）可知，永磁同步電動機(jī)轉(zhuǎn)速與定子三相電流頻率成正比，與極對數(shù)成反比。由于電機(jī)設(shè)計完成后，極對數(shù)就不再變化，一般僅認(rèn)為轉(zhuǎn)速與定子電流頻率成正比。2.1.2 永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)及其分類與大多數(shù)同步電機(jī)相同

(a) 表貼式 (b) 嵌入式 (a) 內(nèi)埋式圖 2-2 永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)分類磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體的安裝方式主要有表貼式、嵌入式、內(nèi)圖 2-2 所示。表貼式安裝方式是指將瓦片狀的永磁體貼于柱狀其產(chǎn)生的磁場為徑向磁場。由于永磁體的磁導(dǎo)率接近真空磁導(dǎo)安裝的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子類似隱極式的同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，由于永機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝，但相對來說機(jī)械強(qiáng)度也較低，僅適用合。嵌入式安裝方式則是把瓦片狀的永磁體嵌入柱狀鐵心表面，這種安裝方式比較類似凸極式的同步電機(jī)轉(zhuǎn)子，其交軸與直等，與同步電機(jī)不同的是，其交軸氣隙磁導(dǎo)比直軸氣隙磁導(dǎo)大有內(nèi)埋式的永磁體安裝方式[31]。內(nèi)埋式是指將條狀永磁體整個部，其磁路結(jié)構(gòu)一般不對稱，能夠提供比前述兩種安裝方式更因而內(nèi)埋式轉(zhuǎn)子一般可以提供更大的功率密度。文主要研究表貼式永磁同步電機(jī)。永磁同步電機(jī)又稱正弦波永

（5） 忽略溫度與頻率變化對繞組電參數(shù)以及永磁體參數(shù)產(chǎn)生的影響。根據(jù)如上假設(shè)，可以表述表貼式永磁同步電機(jī)在 A-B-C 三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。如圖2-3所示為永磁同步電機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系下的物理模型示意圖。三相定子電壓Au 、Bu 、Cu 分別通入 A、B、C 三相繞組，在繞組中產(chǎn)生三相定子電流。電機(jī)的轉(zhuǎn)子由永磁體構(gòu)成，在空間中產(chǎn)生一個幅值恒定、方向跟隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而變化的轉(zhuǎn)子磁動勢[6]。iaibico圖 2-3 永磁同步電機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系下的物理模型如圖 2-3，有永磁同步電機(jī)的（1） 定子電壓平衡方程：0 00 00 0A s A AB s B Bcs C Cu R idu R idtuR iψψψ = + (2-2)其中Au 、Bu 、Cu 為三相定子電壓，sR 為定子電阻，Ai 、Bi 、Ci 為定子電流，其參考方向與定子電壓同向，Aψ 、Bψ 、Cψ 為三相定子磁鏈。（2） 磁鏈方程：A AA AB AC A fAB AB BB BC B fBC AC BC CC C fCL M M iM L M iM M L iψ ψψ ψψ ψ = + (2-3)

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 孫鵬;牛昱光;;基于DSP的永磁同步電動機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計[J];機(jī)械工程與自動化;2012年05期

2 丁信忠;張承瑞;李虎修;于樂華;胡天亮;;基于自適應(yīng)擴(kuò)展卡爾曼濾波器的永磁同步電機(jī)超低速控制[J];電機(jī)與控制應(yīng)用;2012年09期

3 楊方;張義斌;葛旭波;;中美日電動汽車發(fā)展趨勢及特點分析[J];能源技術(shù)經(jīng)濟(jì);2011年07期

4 谷善茂;何鳳有;譚國俊;張輝;;擴(kuò)展卡爾曼濾波的PMSM無傳感器低速性能研究[J];電氣傳動;2009年12期

5 谷善茂;何鳳有;譚國俊;葉生文;;永磁同步電動機(jī)無傳感器控制技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展[J];電工技術(shù)學(xué)報;2009年11期

6 高劍;黃守道;馬曉楓;蔡國洋;曹彥飛;;基于交互式MRAS策略的無軸承異步電機(jī)無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)[J];電工技術(shù)學(xué)報;2008年11期

7 王鑫;李偉力;程樹康;;永磁同步電動機(jī)發(fā)展展望[J];微電機(jī);2007年05期

8 嚴(yán)殊;肖建;;一種無差拍直接轉(zhuǎn)矩控制方法[J];電機(jī)與控制學(xué)報;2007年02期

9 吳春華;陳國呈;孫承波;;基于滑模觀測器的無傳感器永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)[J];電工電能新技術(shù);2006年02期

本文編號：2797473