新型无死区SVPWM及转子磁场定向控制系统研究

摘要

转子磁场定向控制方式简单，具有较好动态性能和控制精度，并且在低速运行时具有大转矩，适合在电动叉车的交流驱动控制系统中应用。本文以异步电机基于间接磁场定向的矢量控制系统为研究对象，深入研究SVPWM及死区，提出一种新型的无死区SVPWM调制方法，进行了相应的仿真和实验分析。
　　传统SVPWM实际应用时需要附加死区，导致系统输出电压能力降低，出现相位偏差、波形畸变等现象。低速间歇工况的电动叉车，其逆变器具有低电压大电流的特点，死区问题尤为突出，甚至引起电机低频振荡。本文重点对SVPWM+死区方法进行了深入研究，分析得出造成死区效应的根源是开关状态与作用电压矢量分离，在此结论的基础上主动考虑在不同类型负载情况下续流二极管的作用，提出了基于过渡开关状态的新型无死区SVPWM调制方法。本文定义了实际作用等效于π型矢量的2π/3型开关状态为过渡开关状态;并定义了过渡开关状态产生实际作用的等效π型电压矢量为过渡矢量。在π型开关状态间的切换过程中加入过渡开关状态，取代了传统意义上的死区设置，从而实现了π型电压矢量的无死区切换。无死区SVPWM调制方法从根本上彻底避免了死区问题，逆变交流侧输出波形无畸变，正弦度良好。仿真分析和实验研究验证了无死区SVPWM的正确性，有效地提高了电机调速性能。
　　本文介绍了基于间接磁场定向的转子磁场定向控制系统，对控制系统的电流环和速度环进行了设计，MATLAB/Simulink中的仿真结果表明控制系统具有很好的动态响应和稳态精度。以铝基板MOSFET并联设计为主电路、以TMS320F28335为核心的控制电路，设计构建了叉车逆变器实验平台。实验结果表明本文设计的交流驱动控制系统符合设计要求，系统动态性能良好。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 叉车研究现状及发展趋势

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．2．3 本文的研究贡献

1．2．4 技术发展趋势

1．3 异步电机的驱动控制技术概述

1．3．1 电力电子技术的发展

1．3．2 异步电机的控制算法

1．3．3 新型调制方法的提出

1．4 课题研究内容

第2章 异步电机的转子磁场定向控制

2．1 异步电机数学模型

2．1．1 三相ABC坐标系下的数学模型

2．1．2 矢量坐标系下的数学模型

2．1．3 两相静止坐标系下的数学模型

2．1．4 两相旋转坐标系下的数学模型

2．2 坐标变换

2．3 矢量控制的基本原理

2．4 转子磁场定向控制

2．4．1 直接磁场定向

2．4．2 间接磁场定向

2．5 本章小结

第3章 基于过渡开关状态的新型无死区SVPWM调制方法

3．1 两电平SVPWM基本原理

3．1．1 拓扑结构

3．1．2 开关状态

3．1．3 空间矢量

3．1．4 作用时间计算

3．1．5 开关顺序

3．2 理想SVPWM及SVPWM+死区的深入分析

3．2．1 理想SVPWM原理分析

3．2．2 SVPWM+死区方法分析

3．3 无死区SVPWM调制方法

3．3．1 过渡开关状态

3．3．2 无死区SVPWM方法

3．3．3 无死区SVPWM的算法实现

3．4 无死区SVPWM算法的仿真

3．5 本章小结

第4章 转子磁场定向控制系统的仿真研究

4．1 间接磁场定向控制系统的设计

4．1．1 电流环调节器的设计

4．1．2 速度环调节器的设计

4．2 间接磁场定向控制系统的仿真

4．2．1 Simulink仿真模型

4．2．2 仿真结果及其分析

4．3 本章小结

第5章 控制系统硬件设计和实验研究

5．1 系统整体结构

5．2 主电路设计

5．2．1 逆变器主回路设计

5．2．2 缓冲电路设计

5．2．3 铝基板MOSFET并联设计

5．3 驱动电路设计

5．4 控制电路设计

5．4．1 DSP外围电路

5．4．2 检测电路

5．4．3 电平转换电路

5．5 系统软件设计

5．6 磁场定向控制系统的实验

5．6．1 叉车逆变器实验平台介绍

5．6．2 实验结果及分析

5．7 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

致谢