低压直流供电大功率交流电机矢量控制及其保护策略的研究

摘要

近年来，环境问题和能源危机受到持续关注，电动叉车取代内燃叉车的趋势更加明显。低压直流供电大功率电机控制器是电动叉车的核心，由于国内研制的电机控制器存在动态响应速度慢，稳态误差大和电机保护机制不完善等缺点，目前国内叉车厂家大多直接购买国外产品，因此研究低压直流供电大功率电机矢量控制及其保护策略具有重要意义。 本文在研究了矢量控制基本原理和分析了以DSP为核心的叉车电机控制硬件结构的基础上，进行系统框架设计，主要包括矢量控制算法、转子磁链估计、电压前馈方程、电机转速测量、SVPWM功能实现、电机保护功能等模块。为了消减环境干扰的影响，设计了具有PI调节器的电压前馈方程；由于精确的磁链估计是叉车电机矢量控制的基础，对比了两种磁链模型后，设计了基于电流模型的磁链估计；为了在高中低转速下均实现高精度转速测量，设计了 MT综合法测速；由于矢量控制对电机参数具有很大的依赖性，设计了基于矢量控制的电机定转子电阻、定转子漏感、互感参数的离线辨识。依据对大功率交流电机常见故障的分析，设计了能够迅速识别和响应的保护策略。 通过MATLAB/Simulink验证了电机矢量控制系统的可行性；在保证各个单元功能完善的基础上，先后进行了电动叉车的开环控制、参数离线辨识和闭环控制实验。实验结果表明，本文设计的叉车电机矢量控制，具有良好的动态和稳态性能以及可靠的保护机制，速度调节精度可达1%。本课题的研究对低压直流供电大功率电机控制器的发展具有一定参考价值。

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第一章绪论

§1.1课题研宄背景及意义

§1.2国内外研宄现状

§1.3本文主要内容

第二章交流电机矢量控制原理

§2.1矢量控制的坐标变换

§2.2交流电机数学模型

§2.3转子磁链模型估计

§2.4具有PI控制器的电压前馈方程

§2.5本章小结

第三章系统整体方案设计

§3.1硬件测试平台介绍

§3.2交流电机矢量控制总体设计

§3.3 SVPWM 脉宽调制技术的研宄

§3.4电机转速测量

§3.5本章小结

第四章三相交流电机参数离线辨识

§4.1电机定子电阻测量

§4.2电机定转子漏感测量

§4.3电机互感测量

§4.4本章小结

第五章大功率电机保护策略

§5.1电机过载的反时限过流保护研究

§5.2电动机缺相及短路保护

§5.3电源失压以及低压保护

§5.4控制器以及电机温度保护

§5.5电动机非正常启动及堵转保护

§5.6本章小结

第六章系统仿真与测试分析

§6.1三相交流电机矢量控制系统仿真

§ 6 .2实验平台介绍及单元功能测试

§6.3电机控制综合测试

§6.4本章小结

第七章总结与展望

§7.1总结

§7.2展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果