低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制研究.pdf

1、作為數(shù)控機(jī)床、機(jī)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(guó)內(nèi)外研究和應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域。本文在低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型和控制理論進(jìn)行全面、深入研究的基礎(chǔ)上，對(duì)低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電機(jī)的矢量控制(VC)、直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)、低速運(yùn)行、逆變器故障診斷和容錯(cuò)運(yùn)行、無(wú)位置傳感器控制、大轉(zhuǎn)矩負(fù)載仿真控制器等方面做了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究，并研制開發(fā)了一套數(shù)字永磁交流伺服系統(tǒng)。 分析了

2、永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型，選擇了id=0按勵(lì)磁磁場(chǎng)定向的矢量控制方法對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了研究。針對(duì)永磁同步電機(jī)常規(guī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)涉及到的問題，研究了其修正，以及改進(jìn)的方法。定子電阻變化、直流母線電壓漂移、開關(guān)器件反向相電壓降、逆變器死區(qū)時(shí)間引起的電壓誤差的補(bǔ)償，提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能等問題進(jìn)行了探討。 針對(duì)永磁同步電機(jī)自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，分析了永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)在低速時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速脈動(dòng)的原因，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。根據(jù)永

3、磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，建立了直接轉(zhuǎn)矩控制仿真模型，并在此模型基礎(chǔ)上研究了零矢量對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的影響。 研究了驅(qū)動(dòng)器(即功率變換器)的“死區(qū)效應(yīng)”對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的影響，從理論上闡明了“死區(qū)效應(yīng)”的存在會(huì)使轉(zhuǎn)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(yīng)”電壓補(bǔ)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(shí)的動(dòng)靜態(tài)性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)具有重大的意義?；诖?，本文把擴(kuò)展的卡爾曼濾波(EKF)技術(shù)應(yīng)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(shí)以及低速下電機(jī)轉(zhuǎn)速的估計(jì)。在上述工作的基礎(chǔ)上，研制開發(fā)了一套基于TMs320F2407A的測(cè)速系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)開發(fā)了基于Delphi7.0相應(yīng)的上位機(jī)監(jiān)控軟件。 小波變換是一種新型的時(shí)一頻分析工具，在處理暫態(tài)非平穩(wěn)信號(hào)以及對(duì)奇異信號(hào)具有提取故障特征的能力，采用dbl，db5小波基函數(shù)對(duì)逆變器的斷相故障信號(hào)進(jìn)行了提取和消噪處理，通過(guò)仿真證明了所提出的方法，并對(duì)斷相后的逆變器進(jìn)行了重構(gòu)。

5、 提出了一個(gè)以轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶繛榛A(chǔ)的永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制速度估計(jì)方法，該方法同樣適合應(yīng)用于模糊直接轉(zhuǎn)矩控制和空間矢量調(diào)制直接轉(zhuǎn)矩控制中。為得到完全的高性能無(wú)速度系統(tǒng)，采用了一個(gè)濾波器來(lái)平滑估計(jì)轉(zhuǎn)子速度信號(hào)的噪音。這種方法除需要直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中已有的傳感器外無(wú)需額外添加傳感器。同時(shí)因?yàn)橛?jì)算量較小，該算法甚至可以在低速微處理器系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。無(wú)速度傳感器模糊永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果驗(yàn)證了提出方法的正確可行。 在對(duì)永磁

6、同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，給出了以TMs320F2812作為微控制器，實(shí)現(xiàn)該直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)策略，并在此基礎(chǔ)上對(duì)以DsP作為直接轉(zhuǎn)矩控制器的設(shè)計(jì)方法，作了進(jìn)一步的探討。 在提出和分析永磁同步電機(jī)負(fù)載特性動(dòng)態(tài)模型的基礎(chǔ)上，給出了電樞電流和勵(lì)磁電流的控制原理框圖，并結(jié)合可控條件，給出了線性轉(zhuǎn)矩負(fù)載、風(fēng)機(jī)泵類及推進(jìn)器負(fù)載的模糊控制規(guī)則。同時(shí)給出了帶死區(qū)的Bang-Bang-PI復(fù)合控制算法在恒轉(zhuǎn)矩型