双凸极永磁电机矢量控制研究

摘要

双凸极永磁电机(简称DSPM电机)是一种高性能宽调速电动机，正日益受到重视。本文对8/6极转子斜槽DSPM电机作了深入的研究，首次提出了DSPM电机矢量控制的控制策略，从而使电机运行更平稳，调速范围更宽，脉动转矩明显减小，同时IGBT开关频率固定。 根据DSPM电机的静态特性和结构，与永磁同步电机相比较，作了把永磁体假想到转子上的假设，得到与永磁同步电机一样的结构和静态特性；建立DSPM电机矢量控制模型；研究了i<,d>=0控制、恒磁链控制等电流控制方法并进行了论证和比较，对于DSPM电机，最终选用了i<,d>=0控制方法；在电机高速运行时，针对反电势升高的特点，提出了弱磁控制的方法，拓宽了电机的调速范围；建立Matlab模型，进行DSPM电机矢量控制系统的仿真和分析，论证了方法的可行性；设计了一套以80C196KC为核心的矢量控制系统，首次把应用在高频领域的AD9854芯片用到电机控制领域，实时控制AD9854，使其产生频率、相位、幅值可变的两路正交的正弦参考信号，满足电机调速系统的要求。 最后，进行了DSPM电机矢量控制的实验研究，实验结果表明所设计的系统稳态精度比较理想，与仿真结果一致，从而进一步证实了DSPM电机矢量控制理论的正确性。

目录

文摘

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第1章绪论

§1.1课题背景

§1.2 DSPM电机的基本结构和特点

§1.2.1 8/6极定子永磁型DSPM电机的结构

§1.2.2 DSPM电机的优缺点[10]

§1.3国内外的发展概况

§1.3.1国外发展概况

§1.3.2国内的发展概况

§1.4本文研究的主要内容

第2章DSPM电机调速系统的基本原理及其数学模型

§2.1 DSPM电机的基本工作原理

§2.1.1 DSPM电机的静态特性的分析

§2.1.2 DSPM电机工作原理

§2.2 DSPM电机两相运行的数学模型

§2.2.1电压方程

§2.2.2磁链方程

§2.2.3电枢感应电势

§2.2.4转矩方程

§2.2.5机械运动方程

§2.3小结

第3章DSPM电机矢量控制的理论研究

§3.1矢量控制的提出

§3.2 DSPM电机矢量控制建模

§3.2.1 DSPM电机转子永磁体的假想

§3.2.2 DSPM电机的矢量控制的数学模型

§3.3 DSPM电机的标么化数学模型

§3.4 DSPM电机矢量控制技术的实现

§3.5 DSPM电机的电流控制方法分析

§3.5.1 id=0的控制

§3.5.2转矩电流比最大控制

§3.5.3功率因数等于1的控制

§3.5.4恒磁链控制

§3.6高速时的弱磁控制

§3.7小结

第4章DSPM电机系统的建模与仿真

§4.1 DSPM电机系统模型的建立

§4.1.1 DSPM电机模型

§4.1.2速度角度转换模块

§4.1.3电流控制模块

§4.1.4功率模块

§4.2仿真分析

§4.2.1低速时的运行仿真

§4.2.2基速时的运行仿真

§4.2.3高速时的运行仿真

§4.2.4电流方波控制和矢量控制转矩脉动的比较

§4.3小结

第5章DSPM电机控制系统的硬件电路设计

§5.1矢量控制系统硬件的总体设计

§5.2功率变换器

§5.3电流检测电路

§5.4位置检测电路

§5.5参考电流产生电路

§5.5.1 80C196KC单片机简介

§5.5.2两路正交正弦信号产生芯片AD9854

§5.5.3参考电流偏置值产生电路

§5.5.4实际电流参考值形成电路

§5.6电流PWM技术

§5.6.1 IGBT控制信号产生原理

§5.6.2硬件比较采样电路

§5.6.3死区保护电路

§5.7过流保护电路

§5.8起动停止控制电路

§5.9小结

第6章DSPM电机控制系统的软件设计

§6.1主程序设计

§6.1.1初始化程序

§6.1.2电机起动

§6.1.3电流采样周期信号程序

§6.1.4转速显示子程序

§6.2中断子程序

§6.2.1位置信号中断程序

§6.2.2过流保护中断程序

§6.3小结

第7章实验结果与分析

§7.1实验设备及电机参数

§7.2实验波形

§7.2.1控制板的调试波形

§7.2.2空载反电势与位置信号波形

§7.2.3阻感性负载实验

§7.2.4 DSPM电机绕组实测电流波形和PWM信号

§7.2.5单相运行时的电流波形

§7.3小结

§7.4实物照片

总结

参考文献

致谢