异步电机SVPWM矢量控制交流相电流传感器失效容错策略研究

摘要

交流变频调速系统是国民经济发展的重要环节，更高的调速精度，更大的调速范围和较快的响应速度都是促进经济快速发展的因素，而随着电力电子技术的进步和高性能数字信号处理器的产生，异步电机矢量控制系统经过多年的研究和应用改善，已经很好的实现了交流调速系统的较高控制要求。本文以异步电机为研究对象，针对其在SVPWM调制下的矢量控制系统中可能出现的相电流传感器失效故障进行了容错策略的研究，并设计系统硬件电路，编程实现异步电机矢量控制的基本运行，以及相电流重构容错策略的实验验证。具体可以分为三个部分:
　　(1)介绍异步电机SVPWM矢量控制原理。在分析异步电机数学模型的基础上，根据矢量控制原理和SVPWM调制方法，研究异步电机转速和磁通双闭环控制系统，并用Matlab进行了相应的仿真，分析仿真结果，表明异步电机SVPWM矢量控制系统具有较快的响应速度和较好的稳定性能。
　　(2)相电流失效容错策略研究。异步电机长期运行过程中，不可避免会发生各种故障，特别是电驱系统故障，将导致异步电机运行失常，严重的会危害操作人员安全。本文针对相电流传感器失效故障，利用直流电流和相电流的关系重构相电流，对直流电流建立误差和采样不准，以及容错算法本身存在的误差进行了一定程度的修正，并在Matlab中仿真分析这种容错策略的可行性。
　　(3)异步电机矢量控制系统软硬件实现。在理论研究的基础上设计异步电机硬件平台，主要包括主控电路、采样电路、辅助电源电路和驱动电路等的设计，并进行调试。其中主控电路采用TI公司的TMS320F28335数字信号处理器作为控制芯片，编程产生基于SVPWM矢量控制的驱动脉冲。软件部分由主程序和PWM中断服务子程序构成，采用模块化的编程方式，在Code Composer Studio4.2.4中进行调试，通过实验验证异步电机SVPWM矢量控制策略的性能和本文提出的相电流重构容错策略的可行性。
　　最后，对本文的工作进行总结，并对今后的研究进行展望。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 异步电机矢量控制技术

1．2 电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术

1．3 相电流传感器失效容错技术

1．4 课题研究的意义

1．5 论文研究内容

2 异步电机SVPWM矢量控制原理及其仿真

2．1 矢量控制理论基础

2．1．1 坐标变换原理

2．1．2 异步电机在两相同步旋转d—q坐标系上的数学模型

2．2 电压空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)

2．2．1 电压矢量与磁链矢量的关系

2．2．2 基本电压空间矢量

2．2．3 磁链轨迹控制

2．2．4 相邻电压矢量的作用时间计算

2．2．5 扇区确定

2．3 异步电机SVPWM矢量控制仿真

2．3．1 MATLAB／Simulink概述

2．3．2 仿真模块的搭建

2．3．3 异步电机SVPWM矢量控制仿真分析

2．4 本章小结

3 异步电机矢量控制相电流传感器失效的容错策略

3．1 异步电机矢量控制系统的故障类型

3．2 直流电流重构相电流原理

3．3 异步电机矢量控制相电流传感器失效的容错策略

3．4 异步电机矢量控制相电流传感器失效的容错策略仿真分析

3．5 本章小结

4 异步电机控制器硬件系统设计

4．1 异步电机驱动系统组成

4．2 三相逆变单元设计

4．3 逆变驱动电路设计

4．4 辅助电源电路设计

4．5 主控电路设计

4．6 电流采样电路设计

4．7 转速采样电路设计

4．8 本章小结

5 异步电机控制器软件系统设计

5．1 系统软件总体概述

5．2 开发环境及编程语言

5．3 系统软件模块的实现

5．3．1 电流采样模块设计

5．3．2 速度采样模块设计

5．3．3 转子磁链位置计算模块设计

5．3．4 PI调节模块设计

5．3．5 SVPWM电压空间矢量计算模块设计

5．3．6 相电流传感器失效容错模块设计

5．4 台架试验

5．5 本章小结

6 结论

6．1 本课题的主要工作

6．2 本课题的工作展望

参考文献

附录1 锦州汉拿公司7．5kW异步电机参数

作者简历

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