三相永磁同步电机无速度传感器矢量控制系统研制

摘要

永磁同步电机的结构简单、体积小、功率密度高和可控性强，永磁同步电机广泛应用于工农业生产和民生产品中。采用无速度传感器控制技术实现对永磁同步电机转速以及转子位置的辨识将减少永磁同步电机闭环控制系统的体积和成本，提高系统的抗干扰能力，并且在一些恶劣的工业环境中，无速度传感器控制技术具有无可比拟的优越性。本文以三相永磁同步电机为研究对象，采用模型参考自适应以及矢量控制为核心控制算法，研制三相永磁同步电机无速度传感器矢量控制系统。本人主要做了以下几方面的工作:
　　(1)通过查阅大量文献研究永磁同步电机的转子结构以及坐标变换理论，建立了永磁同步电机在不同坐标系下的数学模型。为实现永磁同步电机的矢量控制，研究SVPWM的原理并且建立了SVPWM的仿真模型。对常见的矢量控制策略进行了分析并且建立了基于id=0的永磁同步电机矢量控制系统仿真模型。
　　(2)对模型参考自适应控制的基本原理以及模型参考自适应控制系统的结构进行了研究。从理论上证明基于模型参考自适应控制的永磁同步电机转速在线辨识，确定了基于超稳定性理论的模型参考自适应控制方法对永磁同步电机转速进行辨识的方案，设计了无速度传感器矢量控制器的仿真模型。并对基于模型参考自适应控制的永磁同步电机无速度传感器矢量控制系统的进行了仿真验证。
　　(3)在理论分析的基础上，搭建了永磁同步电机变频调速控制系统。设计了该系统的硬件平台，对硬件电路中的关键元器件进行选型，对变频驱动模块进行了工程化设计。设计了该系统的开环控制软件平台以及闭环控制软件平台，最后的实验结果表明该系统的硬件结构电路和开环软件平台的正确性。具有一定的节能推广以及市场应用价值。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 交流传动控制系统的控制方法

1．3 永磁同步电机的无速度传感器技术

1．4 主要研究内容以及论文安排

第2章 永磁同步电机的物理结构及数学模型

2．1 永磁同步电动机的转子结构及物理模型

2．2 坐标变换理论

2．2．1 静止ABC坐标系到静止α-β坐标系

2．2．2 静止α-β坐标系到旋转d-q坐标系

2．2．3 静止ABC坐标系到旋转d-q坐标系

2．3 三相永磁同步电机的数学模型

2．3．1 定子磁链和电压矢量方程

2．3．2 电磁转矩矢量表达式

2．4 本章小结

第3章 三相永磁同步电机的矢量控制

3．1 空间矢量脉宽调制(SVPWM)

3．1．1 电压空间矢量的合成原则

3．1．2 SVPWM的仿真实现

3．2 永磁同步电机的矢量控制

3．2．1 永磁同步电机矢量控制策略

3．2．2 永磁同步电机带速度传感器的矢量控制系统仿真

3．3 本章小结

第4章 基于模型参考自适应控制的电机转速辨识

4．1 模型参考自适应控制概述

4．1．1 模型参考自适应的基本原理

4．1．2 并联型模型参考自适应系统的数学描述

4．1．3 波波夫超稳定性理论

4．2 三相永磁同步电机的模型参考自适应转速辨识

4．2．1 参考模型和可调模型

4．2．2 自适应律的确定

4．3 基于MRAS的无速度传感器矢量控制系统仿真

4．3．1 永磁同步电机的模型参考自适应控制仿真模型搭建

4．3．2 仿真结果分析

4．4 本章小结

第5章 永磁同步电机控制系统的样机研制及试验

5．1 变频器的硬件设计

5．1．1 变频器主电路的器件选型

5．1．2 变频器控制电路的设计

5．2 永磁同步电机传动系统开环控制的软件设计

5．3 永磁同步电机传动系统闭环控制的软件设计

5．4 实验结果分析

第6章 总结与展望

参考文献

致谢

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