速度被动型传动系统的加载转矩控制技术研究

摘要

转速被动型传动系统又称为速度被动式转矩伺服系统，它广泛应用于工业、农业、交通及国防领域，是用来测试旋转动力机械设备性能和参数的电动设备。速度被动式转矩伺服系统由被测电机和负载电机组成，用负载电机充当被测电机实际运行时的负载，负载电机输出的转矩可控，去模拟设备真实的工况，以获得设备的运行性能。速度被动式转矩伺服系统性能的好坏直接决定着被测动力设备的性能的好坏，因此研究其系统的转矩控制策略有着重要的意义。
　　本文以永磁无刷直流电机为平台，研究被动式转矩伺服系统的控制策略。详细论述了应用永磁无刷直流电机应用于被动式转矩伺服系统的优势。阐述了无刷直流电机的工作原理，不同于有刷直流电机，它以电子换相取代机械换相，省去了电刷和换向器。并对无刷直流电机进行了数学建模和仿真建模。当无刷直流电机充当负载电机应用于被动式转矩伺服系统中时，它为被动运行，转速由被测电机决定。因此，本文不仅对无刷直流电机主动运动时建立了模型，也对被动运行的无刷直流电机进行了建模。
　　本文应用直接转矩控制对无刷直流电机进行控制。首先阐述了电压空间矢量的概念，以及电机的定子磁链和电磁转矩与电压空间矢量的关系。分析了直接转矩控制应用于无刷直流电机与其他类型电机的不同。摈弃了传统的直接转矩控制采用定子磁链估算的方式，省略了定子磁链估算环节，通过无刷直流电机的霍尔传感器判断磁状态，进行扇区的判断，以选择合适的电压矢量。简化了无刷直流电机的控制系统，仿真结果表明直接转矩控制具有快速的响应速度和良好的动态性能。
　　本文对速度被动式转矩伺服系统进行了建模，并推导了动态转矩的加载模型。仿真结果表明直接转矩控制可以应用于电机的被动运行控制，并将其应用于速度被动式转矩伺服系统中，仿真结果表明系统具有良好的控制性能。通过转矩估算模型，系统可以快速准确的控制轴上的负载转矩，实现负载转矩的准确加载。
　　最后，本文以TMS320F2812芯片为核心，针对无刷直流电机的直接转矩控制系统进行了硬件系统的设计。

目录

速度被动型传动系统的加载转矩控制技术研究

RESEARCH ON TORQUE CONTROL TECHNOLOGY OF SPEED-PASSIVE DRIVE SYSTEM

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 被动式转矩伺服系统

1.2 永磁无刷直流电机

1.3 本文研究的主要内容和目的

第2章 被动式转矩伺服系统的原理

2.1被动式转矩伺服系统的测试原理

2.2 被动式转矩伺服系统的分类

2.3 速度被动式转矩伺服系统的分类

2.4 本章小结

第3章 永磁无刷直流电机的原理及建模

3.1永磁无刷直流电机的工作原理

3.2 永磁无刷直流电机的驱动系统组成

3.3 永磁无刷直流电机的数学模型

3.4 无刷直流电机的仿真模型

3.5 本章小结

第4章 永磁无刷直流电机的直接转矩控制

4.1 直接转矩控制原理

4.2 永磁无刷直流电机的直接转矩控制

4.3 永磁无刷直流电机直接转矩控制的仿真

4.4 直接转矩控制的优点

4.5 本章小结

第5章 速度被动式转矩伺服系统控制策略及仿真研究

5.1 速度被动式转矩伺服系统动态加载模型

5.2 直接转矩控制在速度被动式转矩伺服系统中的应用

5.3 速度被动式转矩伺服系统仿真分析

5.4 本章小结

第6章 硬件设计

6.1 主电路的设计

6.2 驱动电路的设计

6.3 检测电路的设计

6.4 控制电路的设计

6.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

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致谢