基于无传感器技术的永磁同步电动机直接转矩控制研究

摘要

直接转矩控制(DTC)技术是继矢量控制技术之后在交流调速领域出现的一种新型变频调速技术，常规的直接转矩控制具有实现简单、动态响应迅速快等优点，能够获得较好的动态性能，但也存在着较大的转矩脉动。针对常规直接转矩控制存在的不足，提出了基于空间电压矢量脉宽调制技术的直接转矩控制系统，有效地抑制了转矩脉动。
　　 在传统的永磁同步电动机运动控制系统中，通常采用光电编码器或旋转变压器来检测转子的位置和速度。然而，这些传感器增加了系统的成本，并且降低了系统的可靠性。因此，取消这些装置以提高系统的可靠性并降低成本的研究逐渐成为热门。
　　 本文系统地介绍了永磁同步电动机直接转矩控制的基本理论，在此基础上，建立了基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)直接转矩控制系统的仿真模型，并进行相关的仿真研究。针对直接转矩无传感器控制技术，本文选择模型参考自适应系统(MRAS)作为转子速度和位置观测器，详细阐述了其基本理论，并进行了仿真研究，仿真结果证明采用模型参考自适应系统估算转子速度和位置具有比较理想的效果。
　　 在以上理论分析和仿真研究的基础上，本文采用TI公司的数字信号处理器(DSP)TMS320F2812为核心控制芯片进行了控制系统设计，并进行了大量的实验测试。仿真及实验结果表明，本文所设计的永磁同步电动机控制系统既保持了直接转矩控制的快速动态响应特性，又有效地减小了转矩脉动。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.1.1 永磁同步电动机控制技术研究现状

1.1.2 无传感器技术研究现状

1.2 本文主要研究内容

第2章 永磁同步电动机直接转矩控制原理

2.1 永磁同步电动机的结构及其数学模型

2.1.1 永磁同步电动机总体结构

2.1.2 永磁同步电动机转子磁路结构

2.1.3 永磁同步电动机的数学模型

2.2 永磁同步电动机直接转矩控制原理

2.2.1 表面式永磁同步电动机转矩的产生

2.2.2 表面式PMSM磁链和负载角的控制

2.3 永磁同步电动机直接转矩控制方式

2.3.1 滞环比较直接转矩控制

2.3.2 SVPWM直接转矩控制

2.4 永磁同步电动机无传感器控制技术

2.4.1 模型参考自适应系统原理

2.4.2 自适应规律的确定

2.4.3 转子速度和位置估计

2.5 本章小结

第3章 永磁同步电动机直接转矩控制系统

3.1 直接转矩控制系统总体结构

3.2 直接转矩控制系统关键模型

3.2.1 定子电流Clarke变换

3.2.2 定子磁链计算模型

3.2.3 电磁转矩计算模型

3.2.4 预期电压计算模型

3.2.5 空间电压矢量调制模型

3.3 定子磁链幅值给定值的选择

3.4 本章小结

第4章 永磁同步电动机直接转矩控制仿真

4.1 有传感器直接转矩控制系统仿真

4.1.1 控制系统总体仿真结构

4.1.2 系统各部分仿真模型

4.1.3 仿真结果及波形分析

4.2 无传感器直接转矩控制系统仿真

4.2.1 系统总体仿真结构

4.2.2 MRAS仿真模型

4.3 仿真结果分析

4.4 本章小结

第5章 永磁同步电动机直接转矩控制的软硬件实现

5.1 系统硬件设计

5.1.1 硬件总体结构

5.1.2 位置信号处理电路

5.1.3 电流采样电路

5.1.4 IPM电路

5.1.5 显示电路

5.2 系统软件设计

5.2.1 主程序

5.2.2 转子初始定位和转子位置检测程序

5.2.3 定时器下溢中断子程序

5.3 本章小结

第6章 实验结果及分析

6.1 实验结果分析

6.1.1 空载实验

6.1.2 带载实验

6.2 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢