基于锁相环模型的永磁同步电动机无速度传感器研究

摘要

永磁同步电动机控制系统中,一般需要在转子轴上安装机械式传感器,测量电机的速度和位置.这些传感器经常是编码器或测速发电机.机械传感器提供了电机所需要的转子位置信号,但给调速系统带来了一些问题:(1)机械传感顺增加了电机转子轴上的转动惯量,加大了电机空间尺寸和体积.(2)受机械传感顺的使用条件如温度、湿度和振动的影响,调速系统不能广泛应用.(3)机械传感器及其辅助电路增加调速系统成本.为了克服使用机械传感器给调速系统带来的缺陷,无速度传感器交流调速系统的研制成为一种发展趋势,无机械传感器交流调速系统是指利用电机绕组中有关的电信号,通过信息辨识技术得出转子的位置和速度,取代机械传感器实现电机的控制.论文具体包括以下几部分工作:1、在研究国内外当前各种无位置传感器方法与理论的基础上,通过分析电机数学模型的特点,确定了由锁相环的数学模型实现同步电机转子信息实时检测的技术方案.该方案的立足点在于任一时刻电机的电压和电流信号与电机转子的位置有一一对应的相关信息,通过检测电机的电流和电压信号,基于锁相环原理,将该信号辨识出来.2、利用MATLAB中的Simulink模块的仿真功能对该课题进行了仿真研究,仿真过程采用的是电机控制系统中经常使用的转速-电流双闭环控制,电流环采用滞环控制方式,速度环采用的是PI调节控制.通过锁相环模型推导出转子的位置作为闭环控制信号,根据闭环的动态以及稳态过程检测模型是否正确.仿真结果证明了该方法用于永磁同步电机转子信号检测的可行性,同时,仿真的结果也提供了一些具体参数相应的参考范围.3、根据设计方案,设计试验电路.在试验中,硬件电路的调速控制系统使用三菱公司生产的FR0-A500变频器作为电机的控制电路,以TI公司生产的TMS320LF2407数字信号处理器作为转子位置检测的控制模块,设计了AD采样电路、I/O控制电路以及电源电路.软件部分采用锁相环的数学模型并结合永磁同步电机的数学模型进行编程计算.实验结果证明,该方案具有较强的可行性.该文最后给出了对未来工作的展望,并对全文的内容进行了总结.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2无速度传感器研究发展状况

1.3课题进度与安排

1.4小结

第二章锁相环测速数学模型分析

2.1引言

2.2永磁同步电动机的数学模型

2.2.1矢量坐标变换

2.2.2永磁同步电动机的数学模型

2.3锁相环测速数学模型

2.3.1锁相环的工作原理

2.3.2锁相环数学模型的建模

2.3.3模型的稳定性分析

2.4数学模型综合分析

2.5小结

第三章系统硬件的设计

3.1引言

3.2变频器主电路系统

3.3基于DSP的数字控制系统硬件描述

3.3.1 TMS320LF2407芯片概述

3.3.2 AD采样电路的设计

3.3.3 I/O功能设计

3.3.4电源设计

3.4小结

第四章系统软件设计

4.1引言

4.2开发工具及软件总体流程

4.3中断的实现

4.4数的定标

4.5数学工具的实现

4.6小结

第五章仿真与实验分析

5.1引言

5.2仿真分析

5.3实验分析

5.4小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

附录：部分控制程序