基于无传感器的永磁同步电动机矢量控制系统的研究

摘要

永磁同步电动机无需励磁电流、运行效率和功率密度都很高，但它的高性能控制需要精确的转子位置和速度信号去实现磁场定向。在传统的永磁同步电动机运动控制系统中，通常采用光电编码器或旋转变压器来检测转子的位置和速度。然而，这些传感器增加了系统的成本，并且降低了系统的可靠性。因此，取消这些装置以提高系统可靠性并降低成本研究逐渐成为热门。 本文首先建立了永磁同步电动机的数学模型，深入研究了永磁同步电动机的矢量控制理论，并在此基础上讨论了永磁同步电动机的矢量控制方案。针对常规矢量控制存在的不足，本文提出了基于空间电压矢量脉宽调制（Space-voltage Vector Pulse Width Modulation，简称SVPWM）技术的矢量控制系统，利用电压空间矢量调制能够使逆变器实现电压空间矢量的连续输出，有效地减小了电流谐波成分，抑制了转矩脉动，同时也提高了直流母线电压的利用率，拓宽了系统的调速范围。 本设计采用DSP TMS320LF2407A为核心进行了永磁同步电动机矢量控制系统的软硬件设计，以减小转动脉动，提高系统的动静态特性。系统的硬件部分包括电流检测、FPGA显示设计、驱动电路和系统保护电路等。系统的软件部分采用DSP编程实现，采用基于id=0的转子磁场定向矢量控制方法，完成对永磁同步电动机的解耦控制，速度调节和电流调节采用PI控制算法，逆变器采用SVPWM控制策略。首先对电机电流信号和转速信号进行了数字化处理和数字定标，在此基础上编写了系统主程序、初始化程序和定时器中断服务子程序，并在设计的硬件平台上，对程序进行了大量调试。 本文还进行了，基于无传感器的矢量控制系统仿真研究，并对仿真波形进行了深入分析。结果表明：该系统理论上具有较好的动静态特性，可以满足驱动的设计要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题背景及意义

1.2永磁同步电机发展状况

1.3矢量控制技术简介

1.4无传感器技术研究发展概况

1.5课题研究内容

第2章永磁同步电机结构及控制方法

2.1永磁同步电机概述

2.2永磁同步电机数学模型

2.2.1永磁同步电机静止三相坐标系模型

2.2.2静止三相坐标系到静止两相坐标系变换

2.2.3两相静止坐标系到两相旋转坐标系变换

2.3永磁同步电机的无传感器控制方法

2.3.1永磁同步电机的矢量控制策略

2.3.2基于模型参考自适应方法的无传感器控制

2.4空间电压矢量控制技术

2.4.1电压矢量与磁链矢量的关系

2.4.2基本电压空间矢量

2.4.3磁链轨迹的控制

2.4.4作用时间的计算和扇区号的确定

2.5本章小结

第3章永磁同步电机控制系统硬件设计

3.1永磁同步电动机控制系统硬件总体结构

3.2系统控制电路的硬件设计

3.2.1 DSP(TMS320LF2407A)核心控制芯片

3.2.2电流检测电路

3.2.3 FPGA显示电路

3.2.4系统驱动电路的硬件设计

3.3本章小结

第4章永磁同步电动机控制系的统软件设计

4.1系统的主程序

4.2定时器Tl下溢中断子程序

4.2.1控制的软件实现

4.2.2 SVPWM的软件实现

4.3本章小结

第5章基于无传感器矢量控制仿真及实验波形分析

5.1 Matlab仿真工具简介

5.2基于无传感器的矢量控制系统仿真模型的建立

5.2.1 Clark变换Park逆变换模块

5.2.2 SVPWM模块

5.2.3模型参考自适应模块

5.3仿真结果及波形分析

5.4硬件平台实验结果及分析

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢