永磁同步电机驱动系统三电平直接转矩控制算法

摘要

永磁同步电机在电动汽车和轨道交通等领域的应用越来越广泛，其调速性能的优劣越来越受重视;直接转矩控制具有控制简单、快速响应等特点，与三电平逆变器和SVPWM算法的结合可以减小转矩和磁链脉动并固定开关频率，解决传统直接转矩控制存在的这些问题。因此，研究永磁同步电机-三电平逆变器系统直接转矩控制并完成PI调节控制算法控制器的参数设计，具有重要的工程意义。本文以实现基于PI和SVPWM的永磁同步电机三电平直接转矩控制算法及其PI调节控制算法控制器参数设计为目标，对基于三电平逆变器的PI调节直接转矩控制算法进行了深入研究，可为永磁同步电机在大功率应用场合提供控制算法的理论和技术支持。本文的具体研究工作如下:
　　首先分别介绍了永磁同步电机与三电平逆变器的简化数学模型，给出空间电压矢量的定义并分析其对中点电位的影响，然后对基于60°坐标系下的SVPWM算法进行了理论分析与仿真研究，并在其中嵌入中点电位控制方案。
　　其次分析了空间电压矢量对电磁转矩和定子磁链的影响，借鉴传统直接转矩控制查表法并结合三电平逆变器的特点，分析基于合成矢量查表法的三电平直接转矩控制算法;结合三电平逆变器SVPWM算法，研究基于SVPWM的三电平直接转矩控制，其中转矩与磁链控制器采用PI调节器，这些算法的有效性和可行性通过对仿真结果的分析得到了验证;然后开展转矩与磁链PI控制器的参数设计研究，推导了永磁同步电机-三电平逆变器控制系统的传递函数框图，采用自动控制中闭环幅频特性峰值最小准则和二阶“最优”模型动态性能要求设计各环节参数，设计结果可以实现控制系统的稳定运行。
　　最后基于dSPACE实时仿真器和小功率永磁同步电机搭建了快速控制原型半实物实验平台，并在此平台上编写三电平逆变器的调制算法代码，建立半实物实验模型，进行三电平逆变器-永磁同步电机直接转矩控制算法的快速控制原型半实物实验研究，实验结果都验证了本文算法的有效性和正确性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 三电平逆变器-永磁同步电机直接转矩控制系统研究现状

1．2．1 多电平逆变器的研究现状

1．2．2 永磁同步电机直接转矩研究现状

1．3 论文主要研究工作

第2章 三电平逆变器-永磁同步电机系统分析与建模

2．1 永磁同步电机数学模型

2．2 二极管钳位式三电平逆变器数学模型

2．3 三电平逆变器空间电压矢量及其对中点电位的影响

2．3．1 三电平逆变器空间电压矢量

2．3．2 空间电压矢量对中点电位的影响

2．4 三电平逆变器空间电压矢量调制算法

2．4．1 60°坐标系三电平空间电压矢量调制算法

2．4．2 仿真结果与分析

第3章 永磁同步电机三电平直接转矩控制算法

3．1 直接转矩控制思想

3．1．1 直接转矩控制基本原理

3．1．2 空间电压矢量对转矩和磁链的影晌

3．2 基于三电平逆变器的直接转矩控制算法

3．2．1 基于合成矢量查表法的直接转矩控制算法

3．2．2 基于PI与SVPWM的三电平直接转矩控制算法

3．3 仿真结果与分析

3．3．1 合成矢量查表法仿真结果与分析

3．3．2 基于SVPWM的三电平直接转矩算法仿真结果与分析

第4章 直接转矩控制系统PI控制器参数设计

4．1 合成矢量查表法PI控制器参数设计

4．2 PI调节控制算法控制器参数设计

4．2．1 磁链内环控制器参数设计

4．2．2 转矩内环控制器参数设计

4．2．3 转速外环控制器参数设计

4．3 参数设计结果与分析

4．3．1 PI控制器参数设计稳定性分析

4．3．2 PI调节控制算法参数设计仿真结果与分析

第5章 三电平逆变器-永磁同步电机驱动系统快速控制原型实验研究

5．1 快速控制原型半实物实验平台

5．1．1 快速控制原型介绍

5．1．2 dSPACE实时仿真器介绍

5．1．3 三电平逆变器-永磁同步电机直接转矩控制算法RCP实验平台

5．2 RCP实验结果与分析

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文