永磁同步電動機高效驅(qū)動控制系統(tǒng)設計.pdf

1、本文主要目的是建立以數(shù)字信號處理器DSP為基礎的能夠應用于盤式永磁同步電動機的最佳效率控制結(jié)構。本文從推導電動機的數(shù)學模型出發(fā),首先建立了三相系統(tǒng)下電壓及電磁轉(zhuǎn)矩方程。因在三相系統(tǒng)下,電磁轉(zhuǎn)矩與電流及轉(zhuǎn)子交軸對應定子A相磁軸的位移角呈非線性且時變關系,在分析與控制上比較復雜,為此采用坐標變換的方法,建立了轉(zhuǎn)子參考軸坐標系下的電壓與電磁轉(zhuǎn)矩平衡方程。進而通過對電動機功率與效率的分析,推導出了同步電機的效率與電壓觸發(fā)相位角關系表達式,通過對

2、該表達式求微分,推導出了最佳效率控制的策略。
　　 在硬件實現(xiàn)上,利用數(shù)字信號處理器和外圍電路來完成控制系統(tǒng)的搭建,介紹了數(shù)字信號處理器TMS320LF2407A的基本結(jié)構和功能,論述了編碼器以及相應的信號處理電路,介紹了絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的逆變器及其門極驅(qū)動電路。為實現(xiàn)控制要求,還介紹了電動機轉(zhuǎn)子側(cè)等效至定子側(cè)的磁鏈測量與計算問題,分析了轉(zhuǎn)速的計算問題。
　　 在軟件設計上,論文給出了軟件控制流程。因所采用

3、的DSP為定點DSP,為在定點DSP上實現(xiàn)浮點運算與控制,提出了數(shù)據(jù)的Q格式的方法,實現(xiàn)了浮點數(shù)的定點表示方法,進而給出了數(shù)字PI調(diào)節(jié)器在DSP上的實現(xiàn)方法。
　　 為改善系統(tǒng)的控制性能,進一步提高電源利用率,本文論述了采用空間矢量PWM控制實現(xiàn)用此同步電動機的雙閉環(huán)SVPWM控制。為實現(xiàn)這一目的,本設計分析了了從三相旋轉(zhuǎn)坐標系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標系再到兩相靜止坐標系的坐標變換,得出了這兩種坐標變換的變換矩陣與逆變換矩陣,從而完成了永

4、磁同步電動機SVPWM控制系統(tǒng)。
　　 在完成了硬件系統(tǒng)搭建以后,進行了電動機控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)實驗,通過給定不同的固定負載,設定不同的轉(zhuǎn)速情況下,改變電壓觸發(fā)初相位角,分析不同初相位角度下的電動機的效率,進而分析電動機運行于最佳效率時,如何設定定子線圈繞組的電壓觸發(fā)移位角,并且按照此資料建立程序資料庫,作為動態(tài)試驗的依據(jù)。
　　 在動態(tài)實驗時,分析了在外接輕載轉(zhuǎn)矩和外接重載時,改變永磁電動機轉(zhuǎn)速時,電壓觸發(fā)初相位角度如何進