四开关三相永磁同步电动机矢量控制系统研究

摘要

采用三相电压源逆变器供电的永磁同步电动机(PMSM)系统以其良好的控制特性、较高的功率密度和效率等优点在工业、航天航空和军事等领域得到了广泛应用。然而,永磁同步电动机驱动系统中的功率半导体器件及其控制电路是最易发生故障的薄弱环节。四开关三相逆变器作为一种常用的故障重构与低成本拓扑,得到了研究者的广泛重视。
　　 为了准确分析永磁同步电动机磁场定向控制系统的特性,本文推导了永磁同步电动机的数学模型和各环节传递函数。在此基础上分析了四开关三相逆变器的空间矢量脉宽调制(SVPWM)的基本控制原理。为验证理论分析的正确性和所提方法的可行性,采用MATLAB,搭建了系统的仿真模型,与传统六开关逆变器系统进行了仿真对比研究,并给出了仿真结果。
　　 设计了四开关三相永磁同步电动机矢量控制系统的实验平台,详细介绍了系统的实现过程。硬件部分包括:主电路、IGBT驱动电路、系统保护电路、电流检测、速度检测、辅助显示电路等。软件部分给出了DSP实现各控制模块的软件程序流程图。
　　 对四开关三相永磁同步电动机矢量控制系统进行了实验研究,并对实验波形进行了分析。结果表明,四开关逆变器可以作为传统逆变器故障后的重构拓扑,实现永磁同步电动机驱动系统容错运行,同时较少功率器件的采用也减小了系统体积,降低了成本。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外在该方向的研究现状及分析

1.3 本文的主要研究内容

第2章 永磁同步电动机的矢量控制

2.1 永磁同步电动机的数学模型与矢量控制

2.1.1 永磁同步电动机的数学模型

2.1.2 永磁同步电动机磁场定向矢量控制

2.2 系统各环节传递函数模型

2.2.1 系统电流环传递函数

2.2.2 系统速度环传递函数

2.3 本章小结

第3章 四开关三相电压源逆变器控制原理

3.1 空间矢量调制(SVPWM)技术

3.1.1 六开关空间矢量脉宽调制原理

3.1.2 六开关空间矢量脉宽调制的实现

3.2 四开关三相电压源逆变器及其控制

3.2.1 四开关逆变器拓扑

3.2.2 四开关空间矢量脉宽调制原理

3.2.3 四开关空间矢量脉宽调制的实现

3.3 本章小结

第4章 系统的硬、软件设计

4.1 基于DSP的PMSM系统结构

4.2 硬件电路设计

4.2.1 主电路设计

4.2.2 驱动电路设计

4.2.3 电流采样电路设计

4.2.4 速度检测电路

4.2.5 系统保护电路的设计

4.2.6 显示电路的设计

4.3 永磁同步电动机系统软件设计

4.4 本章小结

第5章 系统的仿真与实验

5.1 系统仿真

5.1.1 仿真模型

5.1.2 故障切换仿真

5.1.3 四开关逆变器系统仿真

5.2 系统实验结果与分析

5.3 本章小结

结论

致谢

参考文献

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