本文關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)研究

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【摘要】：永磁電動(dòng)機(jī)體積小、效率高,適合高速運(yùn)行,在軍事、工業(yè)、生活等領(lǐng)域被廣泛運(yùn)用,其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定可控對(duì)整套設(shè)備顯得至關(guān)重要。永磁同步電機(jī)常用的控制方法有兩種:磁場(chǎng)定向控制(FOC)與直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)。兩者的共同點(diǎn)是都利用空間矢量控制來(lái)進(jìn)行機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換。傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制利用滯環(huán)控制器對(duì)空間矢量進(jìn)行選擇,磁場(chǎng)定向控制一般使用空間矢量調(diào)制(SVPWM)。本文首先介紹傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制方法,并在MATLAB中構(gòu)造控制系統(tǒng)。其次,引入預(yù)期電壓的直接轉(zhuǎn)矩控制,利用空間矢量調(diào)制(SVPWM)代替滯環(huán)控制器,改善控制性能。同時(shí)搭建磁場(chǎng)定向的矢量控制系統(tǒng),比較兩系統(tǒng)參與空間矢量調(diào)制變量之間的聯(lián)系,有效驗(yàn)證了SVPWM能夠同時(shí)作用于預(yù)期電壓的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)與磁場(chǎng)定向的控制系統(tǒng)。本文選用磁場(chǎng)定向控制(FOC)的永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行容錯(cuò)策略的研究。傳統(tǒng)功率變換器由三個(gè)半橋構(gòu)成,不具備容錯(cuò)能力。針對(duì)單橋臂故障被隔離以后,功率變換器無(wú)法正常生成8個(gè)有效空間矢量,本文采用三相四開關(guān)的SVPWM空間矢量調(diào)制手段對(duì)其進(jìn)行容錯(cuò),利用功率變換器直流母線上兩個(gè)串聯(lián)的平波電容代替故障橋臂,對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。首先搭建仿真模型,研究三相六開關(guān)SVPWM與三相四開關(guān)SVPWM控制之間異同。針對(duì)三相四開關(guān)SVPWM控制下無(wú)零矢量的問(wèn)題,提出了三種零矢量的等效調(diào)制方法。然后分析兩個(gè)串聯(lián)的平波電容容量不均時(shí)對(duì)四開關(guān)SVPWM控制下基本空間矢量的影響。最后,建立電機(jī)功率變換器模型觀測(cè)器,利用正常與故障電流的差值結(jié)合仿真對(duì)逆變器功率管的故障特征進(jìn)行分析,以實(shí)現(xiàn)故障定位。本文設(shè)計(jì)了以STM32為主控制芯片的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),包括硬件和軟件兩大部分。硬件部分設(shè)計(jì)包括主電路、驅(qū)動(dòng)電路、電流電壓檢測(cè)電路、故障切換電路、電源電路等。軟件部分設(shè)計(jì)包括主程序、編碼器零脈沖捕獲中斷程序、定時(shí)器溢出中斷程序、功率中斷程序以及速度、電流調(diào)節(jié)子程序等。驗(yàn)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(guān)鍵詞】：永磁同步電機(jī) 直接轉(zhuǎn)矩控制 磁場(chǎng)定向控制 容錯(cuò) 三相四開關(guān)SVPWM
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀8-12
• 1.2.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常見(jiàn)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(jī)控制技術(shù)研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.4 容錯(cuò)技術(shù)的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 本文主要研究的內(nèi)容12-13
• 第二章 永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研究13-27
• 2.1 永磁同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型13-17
• 2.1.1 坐標(biāo)變換與坐標(biāo)系13-14
• 2.1.2 PMSM在靜止坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型14-15
• 2.1.3 PMSM在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的模型15-16
• 2.1.4 PMSM在xy旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的定子電壓、磁鏈和轉(zhuǎn)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(yùn)用18-22
• 2.3.1 傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)18-19
• 2.3.2 預(yù)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(yùn)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(jié)26-27
• 第三章 三相四開關(guān)SVPWM容錯(cuò)控制27-39
• 3.1 三相四開關(guān)拓?fù)涞幕臼噶?/span>27-31
• 3.1.1 三相四開關(guān)拓?fù)涞幕臼噶客茖?dǎo)27-29
• 3.1.2 直流母線電容不平衡對(duì)基本矢量的影響29-30
• 3.1.3 三相四開關(guān)拓?fù)涞幕臼噶糠抡?/span>30-31
• 3.2 零矢量在控制中的意義31-32
• 3.3 三相四開關(guān)SVPWM的矢量分布32-37
• 3.3.1 導(dǎo)通時(shí)間的計(jì)算32-33
• 3.3.2 三種三相四開關(guān)SVPWM策略33-36
• 3.3.3 三種SVPWM調(diào)制波函數(shù)的內(nèi)在關(guān)系36-37
• 3.4 仿真研究37-38
• 3.5 本章小結(jié)38-39
• 第四章 功率變頻器故障檢測(cè)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(jìn)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(jié)45-46
• 第五章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)46-56
• 5.1 微控制器選型46
• 5.2 整流電路與預(yù)充電電路46-49
• 5.3 功率與驅(qū)動(dòng)電路49-51
• 5.3.1 功率電路49-50
• 5.3.2 驅(qū)動(dòng)電路50-51
• 5.4 電流檢測(cè)與保護(hù)電路51-53
• 5.5 電壓檢測(cè)與保護(hù)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(jié)55-56
• 第六章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(zhuǎn)子初始位置定位57-58
• 6.2.2 速度信號(hào)計(jì)算58-59
• 6.3 定時(shí)器溢出中斷59-60
• 6.4 速度電流調(diào)節(jié)子程序60-61
• 6.5 其他中斷61
• 6.6 本章小結(jié)61-62
• 第七章 控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)分析62-65
• 7.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)介紹62-63
• 7.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果63-64
• 7.3 本章小結(jié)64-65
• 總結(jié)與展望65-66
• 致謝66-67
• 參考文獻(xiàn)67-70
• 附錄：作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果70

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本文編號(hào)：1093590