基于DSP的盘式无铁心永磁同步电机直接转矩控制调速系统

摘要

盘式永磁电机功率密度高,动态性能良好,是理想的机电一体化组件.对这种电机的研究可以促进我国新一代高性能伺服电机及伺服系统发展.而且,考虑到我国具有丰富的稀土资源,这项研究更显得意义重大. 本课题的研究目的,是希望能开发出适合于盘式无铁心永磁电机的驱动系统,充分发挥其结构和动态性能方面的优点.为此,本设计在控制方法上选择了转矩响应迅速的直接转矩控制方法.直接转矩控制应用于永磁同步电机的研究在国内外尚处在理论探索阶段,还不成熟；而对盘式无铁心永磁电机采用直接转矩控制方法,以期获得非常快速的转矩动态响应,这样的尝试更是首创. 研究工作首先分析了盘式无铁心永磁电机的结构特点,对实验样机进行了磁路分析和参数计算,建立起电机的数学模型.接下来又重点研究了直接转矩控制在永磁同步电机上的应用,经过数学推导得到电磁转矩关于定、转子磁链矢量夹角的正弦值和这两个矢量幅值的乘积的表达式,并由此决定了对定子磁链的控制方式.为了改善系统的稳态性能,设计中还采用空间矢量调制的方法代替传统的滞环比较方法来生成电压PWM,这样做不但有效减少了稳态时的转矩脉动,而且降低了功率开关器件的开关损耗. 在理论分析和计算机仿真的基础上,我们以DSP为控制核心,结合算法编程的实际需要选用高性能硬件来完成调速驱动系统设计.实验结果表明,设计出的盘式无铁心永磁电机直接转矩控制调速系统具有快速的转矩响应和良好的动态特性,其稳态时的转矩脉动也比传统直接转矩控制小很多.

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第一章绪论

1.1盘式永磁电机发展综述

1.2本课题研究的目的及意义

1.3本课题研究的内容

第二章盘式无铁心永磁同步电机的结构及数学模型

2.1盘式无铁心电机的结构分析

2.2盘式无铁心永磁同步电机的气隙磁密计算和数学模型

2.2.1盘式无铁心永磁同步电机的磁钢结构

2.2.2盘式无铁心永磁同步电机主磁路分析

2.2.3盘式无铁心永磁同步电机的基本电磁关系

第三章盘式无铁心永磁同步电机的直接转矩控制

3.1交流调速系统发展概述

3.2交流电机的直接转矩控制

3.2.1直接转矩控制的基本原理

3.2.2永磁同步电动机直接转矩控制原理

第四章盘式无铁心永磁同步电机直接转矩控制调速系统设计

4.1驱动系统主要组成部分及功能

4.1.1电压和电流的采样模块

4.1.2速度和位置的检测

4.1.3驱动电路设计

4.1.4 PC和DSP通讯模块的设计

4.2控制系统软件设计

4.2.1初始化模块

4.2.2中断模块

4.3仿真及实验结果

第五章结论及今后的展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢