低速大轉矩永磁同步電機直接轉矩控制研究.pdf

1、作為數控機床、機器人、高性能電梯等的重要組成部分，隨著加工制造、汽車等行業(yè)的發(fā)展，永磁交流伺服系統(tǒng)成為國內外研究和應用的一個重要領域。本文在低速大轉矩永磁同步電動機的數學模型和控制理論進行全面、深入研究的基礎上，對低速大轉矩永磁同步電機的矢量控制(VC)、直接轉矩控制(DTC)、低速運行、逆變器故障診斷和容錯運行、無位置傳感器控制、大轉矩負載仿真控制器等方面做了大量的理論和實驗研究，并研制開發(fā)了一套數字永磁交流伺服系統(tǒng)。 分析了

2、永磁同步電機的結構和數學模型，選擇了id=0按勵磁磁場定向的矢量控制方法對驅動系統(tǒng)進行了研究。針對永磁同步電機常規(guī)直接轉矩控制系統(tǒng)涉及到的問題，研究了其修正，以及改進的方法。定子電阻變化、直流母線電壓漂移、開關器件反向相電壓降、逆變器死區(qū)時間引起的電壓誤差的補償，提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行性能等問題進行了探討。 針對永磁同步電機自身結構的特點，分析了永磁同步電機直接轉矩控制系統(tǒng)在低速時產生轉矩和轉速脈動的原因，提出了相應的改進措施。根據永

3、磁同步電機的數學模型，建立了直接轉矩控制仿真模型，并在此模型基礎上研究了零矢量對轉矩和磁鏈的影響。 研究了驅動器(即功率變換器)的“死區(qū)效應”對轉矩和磁鏈的影響，從理論上闡明了“死區(qū)效應”的存在會使轉矩下降，從而引起系統(tǒng)帶載能力的下降，提出了“死區(qū)效應”電壓補償公式。 系統(tǒng)控制精度很大程度上依賴于系統(tǒng)的低速性能，提高系統(tǒng)低速時的動靜態(tài)性能對整個系統(tǒng)具有重大的意義。基于此，本文把擴展的卡爾曼濾波(EKF)技術應用于交流伺服

4、系統(tǒng)的低速控制，完成系統(tǒng)初始磁極位置角的辯識以及低速下電機轉速的估計。在上述工作的基礎上，研制開發(fā)了一套基于TMs320F2407A的測速系統(tǒng)，并設計開發(fā)了基于Delphi7.0相應的上位機監(jiān)控軟件。 小波變換是一種新型的時一頻分析工具，在處理暫態(tài)非平穩(wěn)信號以及對奇異信號具有提取故障特征的能力，采用dbl，db5小波基函數對逆變器的斷相故障信號進行了提取和消噪處理，通過仿真證明了所提出的方法，并對斷相后的逆變器進行了重構。

5、 提出了一個以轉子磁鏈矢量為基礎的永磁同步電機直接轉矩控制速度估計方法，該方法同樣適合應用于模糊直接轉矩控制和空間矢量調制直接轉矩控制中。為得到完全的高性能無速度系統(tǒng)，采用了一個濾波器來平滑估計轉子速度信號的噪音。這種方法除需要直接轉矩控制系統(tǒng)中已有的傳感器外無需額外添加傳感器。同時因為計算量較小，該算法甚至可以在低速微處理器系統(tǒng)中實現。無速度傳感器模糊永磁同步電機直接轉矩控制系統(tǒng)的仿真結果驗證了提出方法的正確可行。 在對永磁

6、同步電機直接轉矩控制系統(tǒng)整體結構分析的基礎上，給出了以TMs320F2812作為微控制器，實現該直接轉矩控制系統(tǒng)的硬件和軟件實現策略，并在此基礎上對以DsP作為直接轉矩控制器的設計方法，作了進一步的探討。 在提出和分析永磁同步電機負載特性動態(tài)模型的基礎上，給出了電樞電流和勵磁電流的控制原理框圖，并結合可控條件，給出了線性轉矩負載、風機泵類及推進器負載的模糊控制規(guī)則。同時給出了帶死區(qū)的Bang-Bang-PI復合控制算法在恒轉矩型