基于自抗扰的无轴承异步电机SVM-DTC控制系统研究

摘要

无轴承电机是利用电机定子上两套绕组共同作用产生径向磁场力，将旋转的转子悬浮于空间，使转子和定子之间没有接触的一种新型高性能电机。它具有无摩擦、无磨损、无需润滑和密封、高速度、高精度、寿命长等一系列优点，适用于高速，高精度，大功率等领域。
　　 本文首先在深入分析无轴承异步电动机悬浮机理的基础上，建立了电机的数学模型，并在此基础上针对无轴承异步电机的特点，介绍了几种经典的控制方法，如矢量控制方法，直接转矩控制方法。其中重点介绍了基于空间电压矢量的直接转矩控制(SVM-DTC)方法，通过仿真研究，证实了该控制方法对于无轴承异步电机有着良好的控制性能，能实现转子的稳定悬浮，但转速存在超调，转矩和磁链有脉动问题，因此文章又提出了一种自抗扰控制技术。自抗扰控制器采用非线性的控制策略，优于传统的PID控制器。本文针对传统PID控制器的缺点和异步电机的复杂系统，用自抗扰控制器替代传统的PID控制器，设计了速度转矩自抗扰控制器模块，基于ESO的转子磁链和转速辨识模块，建立了基于自抗扰控制器的无轴承异步电机SVM-DTC控制系统，仿真结果显示，自抗扰控制器可以有效的抑制转速的超调量，减少过渡时间，转速和磁链辨识精度高，控制系统的鲁棒性，抗干扰性强。
　　 最后设计了基于TMS320F2812的数字控制硬件系统和软件系统。介绍了主要的硬件系统组成，针对无轴承异步电动机的原理和特性分别设计了转速模块，位移模块等的实现方案。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1无轴承异步电机概述

1.1.1无轴承异步电机的起源和特点

1.1.2无轴承异步电机的研究现状和发展前景

1.2无轴承异步电机的经典控制理论及无速度传感器技术

1.2.1矢量控制技术

1.2.2直接转矩控制技术

1.2.3 SVM-DTC控制技术

1.2.4无速度传感器技术

1.3自抗扰控制理论及应用

1.3.1自抗扰控制器的原理和结构

1.3.2自抗扰控制器在电机中的应用

1.4论文的内容安排

第二章无轴承异步电机的基本理论

2.1 无轴承电机中的磁力和悬浮机理

2.1.1洛伦兹力

2.1.2麦克斯韦力

2.1.3无轴承异步电机的悬浮机理

2.2无轴承异步电机悬浮力模型推导

2.3无轴承异步电动机的数学模型

2.3.1旋转部分基本方程式

2.3.2径向悬浮力公式

2.3.3运动基本方程

2.4小结

第三章无轴承异步电机的控制策略

3.1矢量控制技术和直接转矩控制技术

3.1.1矢量控制技术

3.1.2直接转矩控制

3.2基于空间电压矢量的直接转矩控制(SVM-DTC)

3.2.1 SVM-DTC的原理

3.2.2无轴承异步电机SVM-DTC控制系统组成

3.2.3目标电压矢量的生成

3.2.4目标电压矢量调制

3.3无轴承异步电机SVM-DTC系统仿真

3.4小结

第四章自抗扰控制器在异步电机控制系统中的应用

4.1自抗扰控制器的研究背景和原理

4.2自抗扰控制器的结构和数学模型

4.2.1跟踪微分器(TD)

4.2.2扩张状态观测器(ESO)

4.2.3非线性状态误差反馈(NLSEF)

4.3自抗扰控制器在异步电机控制系统中的应用

4.3.1基于ESO的转子磁链辨识模块

4.3.2无速度技术实现模块

4.3.3速度转矩ADRC控制器

4.4自抗扰控制器SVM-DTC控制系统设计和仿真

4.5小结

第五章无轴承异步电动机数字控制系统实现

5.1基于TMS320F2812的数字控制系统

5.1.1 TMS320SF2812DSP结构性能概述

5.1.2 DSP数字控制系统

5.2数字控制系统的硬件构成

5.2.1 DEC-2812开发板

5.2.2电流检测

5.2.3测速电路

5.2.4位移检测

5.2.5保护电路

5.3数字控制系统的软件编程

5.3.1转速环模块

5.3.2坐标变换模块

5.4实验结果分析

5.5本章小结

第六章总结与展望

6.1本文的主要工作和创新点

6.2需要进一步研究的工作

致谢

参考文献

在校期间发表论文