基于哈密顿系统的无速度传感器永磁同步电机的研究

摘要

永磁同步电机具有高功率密度、结构紧凑、高转矩惯性比和高气隙磁通等优点，被广泛的应用在工业生产，制造等行业当中。而永磁同步电机无位置传感器控制技术是利用电机绕组中的有关电信号，通过合适的方法估算出电机转子的位置和速度，从而取代电机的位置传感器，实现电机的闭环控制。传统的电机控制策略有很多种，技术已经很成熟，因此本文从能量的角度，通过端口受控耗散哈密顿系统理论对无位置传感器永磁同步电机进行控制研究。
　　首先，介绍永磁同步电机的基础知识，主要说明PMSM在三相静止坐标系，二相静止坐标系以及二相旋转坐标系下的数学模型，重点说明PMSM矢量控制的原理和其计算方法，这种方法是永磁同步电机最常用的方法。
　　其次，介绍耗散系统理论，系统的无源性，系统反馈互联，能量成型概念，以及端口受控耗散系统中欧拉-拉格朗日方程等哈密顿系统控制方法的理论基础和端口受控哈密顿系统，在这些理论的基础上，我们得到了端口受控耗散哈密顿系统的控制方法以及能量成形。有了这些理论基础，我们可以实现通过端口受控哈密顿系统理论对永磁同步电机进行建模以及分析。
　　再次，结合目前PMSM无位置传感器研究的热点，采用线性降维Luenberger观测器的方法来估算出电机的转速，并在哈密顿反馈耗散控制理论的基础上，通过能量成型观点的哈密顿反馈耗散控制方法，设计了PMSM的速度控制器并进行了仿真和试验。
　　最后，对DSP芯片TMS320F2810进行说明，TMS320F2810是系统控制器的核心芯片。本文以永磁同步电机作为执行元件，结合一些其他的硬件设备，经过对控制系统的电流采样模块和功率驱动模块进行改进，利用哈密顿控制和SVPWM脉宽调制技术，搭成永磁同步电机的硬件实验平台并对系统进行软件编程。

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第一章 绪论

1.1本课题的研究背景和意义

1.2交流伺服系统的概述

1.3 本文的主要研究内容

第二章 PMSM数学模型及控制原理

2.1 PMSM的数学模型

2.2 PMSM的矢量控制

2.3 PMSM空间矢量脉宽调制技术

2.4 本章小结

第三章 端口受控哈密顿系统理论及应用

3.1耗散系统理论

3.2系统的无源性与能量成形

3.3端口受控耗散哈密顿系统

3.4端口受控耗散哈密顿系统的能量成形控制方法

3.5本章小结

第四章基于无速度传感器方法的永磁同步电机PCH控制

4.1 永磁同步电机PCH数学模型

4.2永磁同步电机PCH控制

4.3转速的估算

4.4系统仿真与实验波形

4.5结论

第五章 永磁同步电机控制系统的硬件设计

5.1引言

5.2伺服控制系统硬件总体结构

5.3 基于DSP芯片控制的电路设计

5.4功率驱动电路设计

5.5检测电路设计

5.6开关电源设计

5.7本章小结

第六章 永磁同步电机控制系统的软件设计

6.1 定点DSP的数据格式处理

6.2系统软件的总体结构

6.3试验和结果分析

6.4本章小结

第七章 总结与展望

7.1本文主要工作总结

7.2后续工作展望

致谢

参考文献

附 录

作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目