空调系统中永磁同步电机无传感器控制研究

摘要

永磁同步电机压缩机是空调的关键部位，高效的控制与合理的选型是空调低功耗、高效率、低噪声的运行保障。本文通过分析空调电机的工况，建立了空调压缩电机的理论模型，并对无传感器的控制算法进行了优化。　　在分析基于传统滑模观测器的无传感器控制算法的基础上，为了降低滑模控制的抖振问题，改善了一种基于自适应滑模观测器的无传感器控制算法，利用锁相环PLL来替代原算法中反正切函数求取转子位置，改善了将高频抖动信号引入正切函数的弊端。在空调的运行周期中，压缩机处于低速时系统受到转矩脉动的干扰，会造成较大的噪声。为了降低噪声，减少逆变器在开关切换的损耗，提出了一种基于无传感器控制的组合式 SVPWM 算法。研究了整个控制系统的硬件设计。整个设计分为控制板、功率板（驱动板）、IPM（智能功率模块）三个模块。同时简要比较了C2000系列的F2812与F28335的异同，着重笔墨于F28335在此工程中用到的重要外设，并完成了各硬件电路的设计。研究了整个控制系统的软件设计，介绍了软件平台CCS6以及外设软件设置，详细给出了SVPWM流程图、滑模模块流程图、主程序流程图等。在CCS中利用GRAPH实时监测各变量，并通过相关串口软件对变量进行监测。　　研究应用于空调系统压缩机中的永磁同步电机有重要意义。永磁同步电机具有结构简单、功率因素高、质量轻、损耗小等优点。这些优点使得永磁同步电机在家电领域掀起了应用热潮。本文从节能减耗，绿色环保的要求出发，探寻一种既安全又简单的易于工程实践的应用于空调系统的永磁同步电机的驱动方法。

目录

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第一章 绪论

1.1空调永磁同步电机压缩机工况分析

1.2课题研究背景与意义

1.3 PMSM压缩机控制方法

1.4 PMSM压缩机无速度传感器控制策略

1.5论文的主要研究内容

第二章 PMSM压缩机模型及矢量控制

2.1 PMSM压缩机数学模型

2.2 PMSM压缩机控制系统坐标变换

2.3空间矢量脉宽调制

2.4 PMSM压缩机矢量控制

第三章 PMSM压缩机控制系统的控制算法改进

3.1 滑模控制机理

3.2滑模观测器的设计

3.3基于滑模观测器的PMSM压缩机仿真建模与结果分析

3.3.1 SVPWM模块

3.3.2滑模观测器模块

3.4自适应滑模观测器的设计

3.4.1自适应滑模机理

3.4.2 滑模观测器收敛性与稳定性的证明

3.4.3自适应滑模观测器仿真验证

3.5 一种组合式SVPWM算法的仿真分析

第四章 控制系统硬件的设计

4.1 DSP与重要外设

4.1.1 CPU时钟设计

4.1.2 增强型脉宽调制模块ePWM

4.1.3测速模块

4.1.4 ADC转换单元

4.1.5通讯方式

4.2 控制板与驱动板常用的硬件电路

4.2.1电源电路

4.2.2母线电压检测电路

4.2.3定子U相电流采集电路

4.2.4光耦隔离电路

4.2.5转子速度（位置）信息反馈

第五章 控制系统软件设计

5.1 CCS平台简介

5.2 开发环境的建立

5.3 SVPWM软件设计

5.3.1 SVPWM计算步骤

5.3.2 SVPWM流程图与主要寄存器设置

5.3.3 SVPWM波形验证

5.4 控制系统主程序设计

5.4.1主程序框图

5.4.2 ePWM中断

5.4.3 通信中断

5.4.4滑模观测器

5.5实验结果展示与验证

第六章 总结与展望

参考文献

攻读学位期间主要研究成果

致谢