按转子磁链定向的异步电机无速度传感器矢量控制系统设计

摘要

交流电机自身具有非线性、多变量、参数时变等特性，因而难以建立准确的数学模型，由一般模型得到的控制方式又不能保持控制上的最优。按转子磁链定向矢量控制运用解耦的思想，通过坐标变换的方式，在按转子磁链定向的同步正交坐标系中，得到等效的直流电动机模型，将定子三相电流分解为励磁电流和转矩电流，对两个电流分别加以控制，此方法有效克服了电机自身的缺点，可以像控制直流电机那样控制交流电机，有较好的调速性能。
　　无速度传感器矢量控制是矢量控制技术的一种。它的基本控制思想是，设计合理的速度观测器，通过检测定子电压与电流估算出转子转速，之后再按矢量控制的方法控制电机，从而取代传统矢量控制中的速度传感器，此方法不但具备了矢量控制的优点，又省去了安装速度传感器带来的麻烦，已广泛应用到交流电机控制系统中。
　　本课题将以三相交流异步电动机为研究对象，使用按转子磁链定向的矢量控制算法，结合无速度传感器技术、空间矢量调制技术(SVPWM)，设计一种异步电机调速系统。首先分析了异步电机数学模型，在此基础上阐述了矢量控制原理，对系统中的PID控制器、磁链观测器、转速观测器、SVPwM等模块做了详细分析，并使用MATLAB进行了仿真验证。其次以TMS320F28335为核心进行了控制电路和驱动电路的设计，并在此硬件平台上进行了软件设计，包括基于LabVIEW的上位机控制界面和基于28335的下位机矢量算法。最后在此系统上进行了调试。通过理论分析、建模仿真、软硬件设计和系统调试等方面证明系统的调速性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 电机控制技术的发展状况

1．3 微控制器的发展状况

1．4 电力电子技术的发展状况

1．5 本文的研究内容和结构安排

第2章 按转子磁链定向矢量控制

2．1 异步电机三相原始数学模型

2．2 异步电动机数学模型动态转化

2．2．1 坐标变换

2．2．2 两相静止坐标系αβ下的数学模型

2．2．3 任意旋转坐标系dq下的数学模型

2．3 转子磁场定向矢量控制

2．4 本章小结

第3章 无速度传感器矢量控制系统及其仿真

3．1 控制系统总体设计

3．2 转子磁链观测器

3．2．1 两相静止坐标系上的磁通观测器

3．2．2 磁链观测器仿真模型

3．3 基于数学模型的开环转速估计

3．3．1 转速估计原理

3．3．2 开环转速估计器MATLAB仿真模型

3．4 电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)

3．4．1 SVPWM原理及实现方法

3．4．2 SVPWM的MATLAB仿真模型

3．5 调节器设计

3．5．1 PID调节器原理

3．5．2 PID调节器MATLAB仿真模型

3．6 无速度传感器矢量控制仿真

3．6．1 模块介绍

3．6．2 仿真结果

3．7 本章小结

第4章 控制系统硬件设计

4．1 系统硬件构成

4．2 DSP控制电路设计

4．2．1 TMS320F28335资源分配

4．2．2 时钟电路

4．2．3 主控板电源电路

4．2．4 系统RAM扩展

4．2．5 A/D转换电路

4．2．6 D/A转换电路

4．3 驱动电路设计

4．3．1 驱动板电源电路

4．3．2 整流滤波电路

4．3．3 逆变电路

4．3．4 采样电路

4．3．5 隔离电路

4．4 本章小结

第5章 控制系统软件设计

5．1 整体设计

5．2 基于LabVIEW的上位机界面设计

5．2．1 设计方案

5．2．2 人机交互界面设计

5．2．3 LabVIEW程序设计

5．3 基于DSP的下位机软件设计

5．3．1 斜坡变换模块

5．3．2 磁链角度近似模块

5．3．3 AD转换

5．3．4 坐标变换模块

5．3．5 PID调节器模块

5．3．6 磁链观测模块

5．3．7 速度观测模块

5．3．8 SVPWM的实现

5．3．9 SCI(串口)实现

5．4 本章小结

第6章 系统调试

6．1 系统平台

6．2 开发环境

6．3 调试方法

6．4 SVPWM测试

6．4．1 矢量作用时间软件测试

6．4．2 PWM输出验证

6．4．3 PWM死区时间验证

6．5 电流采集

6．6 电流闭环系统调试

6．6．1 励磁电流闭环回路

6．6．2 转矩电流闭环回路

6．7 速度闭环回路

6．8 基于LabVIEW的系统联调

6．9 本章小结

第7章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献

个人简历及在读期间发表的学术论文和科研成果