基于SVPWM的六相感应电机直接转矩控制方法研究

摘要

近些年来，随着变频调速系统广泛运用于军事、工业、生活等各个领域，其控制精度以及功率等级要求也愈来愈高。在大功率调速场合，多相电机由于其可以使用低压器件实现大功率以及可靠性高等优势，获得了广泛关注。 本文以六相感应电机作为主要研究对象，针对六相感应电机的相关理论基础以及控制理论做了详细介绍，并结合直接转矩控制理论以及变频器SVPWM调制策略，对控制系统进行建模，完成仿真以及实验分析。 本文针对多相感应电机的结构进行研究，详细介绍了多相电机定子结构以及相数定义，分析多相绕组的构造规律。并结合理论基础，在以自然坐标系为基底的条件下建立了六相感应电机的数学模型。随后结合多维空间解耦变换理论，将六维空间进行解耦，将六维空间拆分为基波空间和谐波空间，进一步得到其谐波基下的数学模型。 其次，详细介绍了变频器SVPWM调制原理以及感应电机直接转矩控制理论。并以六相感应电机为控制对象，结合六相感应电机定子绕组结构特点，将六相电机等效为两个三相电机，并依据三相SVPWM理论，设计六相感应电机分组式SVPWM直接转矩控制方案，并得出相应仿真。随后分析了六相电机大矢量SVPWM理论并进行仿真分析。由于分组式控制以及基于空间大矢量SVPWM策略没有考虑到谐波对于控制系统的影响，可能造成谐波含量较高、相电流波动等一系列问题，因此本文着重分析了中间矢量SVPWM理论，其以谐波空间为基础，进行矢量合成，并依据合成的矢量进行SVPWM调制，大大降低了谐波含量，优化了控制效果。随后，结合中间矢量SVPWM理论，设计出一种基于同轴线两矢量合成中间矢量的SVPWM调制策略。通过建立仿真模型，并分析仿真结果对比得出，改进的SVPWM方案不仅对中间矢量SVPWM理论进行了简化，使运算量得到降低，而且进一步优化了谐波抑制效果。 本文详细介绍了进行本次研究所使用的硬件平台。硬件平台包括控制部分、驱动部分以及实验用六相感应电机。其中控制部分主要应用以TI公司的TMS320F2812为主控芯片搭建的控制系统;驱动部分包括整流模块以及逆变模块，其中采用三相不可控整流作为驱动系统整流部分，并使用三菱公司第5代IPM作为驱动模块逆变器件。 结合系统仿真以及硬件实验平台，对控制系统软件进行设计。使用CCS3.3作为软件平台，完成控制系统主程序以及中断程序编写。其中主程序包括DSP各功能模块的初始化处理、变量赋值等操作;中断程序完成电流，电压采样、转速采样、反馈调节以及变频器调制算法处理。本文结合理论分析、软件仿真以及硬件实验完成了对基于SVPWM的六相感应电机直接转矩控制算法的可行性验证，对今后的研究工作具有一定实用性价值。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1本研究的背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1多相感应电机的发展及研究现状

1．2．2交流调速技术的发展

1．3．1脉宽调制技术

1．3．2矢量控制技术

1．3．3直接转矩控制技术

1．4本课题研究内容

第2章六相感应电机数学模型

2．1多相感应电机相数定义

2．2六相感应电机绕组结构

2．3六相感应电机自然基底数学模型

2．3．1电压方程

2．3．2磁链方程

2．3．3电磁转矩方程

2．3．4运动方程

2．4六相感应电机空间解耦变换

2．4．1多维系统解耦变换

2．4．2六维空间的解耦变换

2．5六相感应电机谐波基下的数学模型

2．5．1电压方程

2．5．2磁链方程

2．5．3电磁转矩方程

2．5．4运动方程

2．6六相感应电机磁场分析

2．7六相感应电机建模仿真

2．7．1六相感应电机建模

2．7．2仿真分析

2．8本章小结

第3章六相感应电机SVPWM方案设计

3．1．1多相逆变器的结构

3．1．2空间电压矢量

3．1．3空间电压矢量的合成

3．2双三相分组式SVPWM方案研究

3．2．1分组式电源移相分析

3．2．2三相子系统电压矢量与定子磁链轨迹分析

3．2．3三相子系统SVPWM方案设计

3．2．4双三相分组式SVPWM仿真验证

3．3六相传统大矢量SVPWM方案研究

3．3．1六相空间电压矢量

3．3．2六相大矢量SVPWM方案设计

3．3．3六相大矢量SVPWM仿真验证

3．4中间矢量SVPWM方案研究

3．4．1基于中间矢量的SVPWM算法原理

3．4．2基于中间矢量的SVPWM仿真验证

3．5改进的中间矢量SVPWM方案研究

3．5．1改进中间矢量SVPWM算法

3．5．2改进中间矢量SVPWM仿真验证

3．6本章小结

第4章六相感应电机直接转矩控制系统研究

4．1直接转矩控制原理

4．2传统直接转矩控制方法

4．2．1磁链与转矩调节器

4．2．2定子磁链观测器

4．2．3电压矢量开关表

4．3基于SVPWM的直接转矩控制

4．3．1基于双三相分组式SVPWM直接转矩控制

4．3．2基于六相SVPWM直接转矩控制

4．4本章小结

第5章六相感应电机直接转矩控制系统软硬件设计

5．1六相感应电机硬件实验平台

5．1．1控制电路

5．1．2驱动电路

5．1．3光耦隔离电路

5．2控制系统软件设计

5．2．1参数标幺化处理

5．2．2数值处理

5．2．3主程序设计

5．2．4中断服务程序设计

5．3实验验证

5．4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果

致谢