基于FPGA的异步电动机节能控制研究

【摘要】： 异步电动机拖动系统是工业生产中必不可少的其耗电量大,在我国大多数系统处于非经济运行状态,浪费大量的电能。目前异步电机的节能控制主要是基于矢量控制,在实际节能过程中动态解耦及负载跟踪性能下降,对节能效果产生较大影响。因此,对异步电动机节能控制进行深入研究,具有十分重要的理论及现实意义。 本文研究了异步电动机节能控制算法及其在FPGA芯片上的实现问题。阐述了异步电动机节能控制及相关问题的发展现状,分析了异步电动机增加等效铁损绕组时的三相数学模型,经过坐标变换后得到两相同步旋转坐标系下包含铁损时的数学模型,通过变量代换得到异步电动机磁通、电压、转速、转矩之间的状态方程,利用simulink模块建立了包含铁损时异步电机方阵模型。针对基于矢量控制的效率优化方法在动态过程中解耦性能下降,影响效率优化效果等问题,首先推导了基于损耗模型的异步电机最优励磁公式,简要介绍了神经网络逆解耦原理,通过分析找出了两种方法的结合点:基于损耗模型的最优励磁输出可以作为神经网络逆解耦控制的磁链输入。以此为出发点,利用神经网络逆解耦控制可以将速度与磁链进行动态解耦的特点,将神经网络逆解耦控制与基于损耗模型的节能控制策略相结合。设计了一种基于神经网络逆解耦的异步电机节能控制方案,结合电机仿真模型进行了仿真分析。 在节能控制方案的基础上,根据FPGA芯片的结构和性能,本文给出了基于FPGA的异步电动机节能控制的实现方案。该方案以Xilinx-FPGA为主控芯片,采用智能功率模块IPM作为控制主回路,通过电流和转速检测电路构成闭环控制系统,给出了3.3V电源供电、电流检测、转速检测等部分硬件电路。按照FPGA自顶向下设计方法,将整个节能控制系统按照功能划分为一系列子模块,对速度测量、电流检测、坐标变换、节能控制、神经网络逆解耦控制器、SVPWM等重要模块的结构及实现方法进行了深入的研究。并在模块算法的设计过程中提出了自己的思路。 在各模块设计完成后进行功能仿真,验证了设计的合理性与模块功能的正确性。指出了本文方法存在的不足,提出了有待于进一步完善和研究的方向。 【关键词】：异步电动机 节能控制 神经网络逆解耦 FPGA
【学位授予单位】：广西工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM343
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 引言10
• 1.2 异步电机节能控制的国内外研究现状和发展趋势10-12
• 1.2.1 异步电机节能控制的国内外研究现状和发展趋势10-12
• 1.2.2 异步电机节能控制的相关问题的研究现状12
• 1.3 本论文研究的主要内容12-14
• 第2章 异步电动机仿真模型的建立14-23
• 2.1 异步电动机包含铁损的三相数学模型14-17
• 2.2 坐标变换17-19
• 2.2.1 Clark 变换17-18
• 2.2.2 Park 变换18-19
• 2.3 异步电机包含铁损的仿真模型19-22
• 2.3.1 异步电机包含铁损的旋转坐标模型19-21
• 2.3.2 异步电机包含铁损的仿真模型21-22
• 2.4 小结22-23
• 第3章 基于神经网络逆解耦的异步电机节能控制研究23-34
• 3.1 基于损耗模型的节能控制策略23-24
• 3.2 神经网络逆解耦原理24-27
• 3.2.1 逆系统原理24-25
• 3.2.2 逆系统的分类、可逆性及求解25-26
• 3.2.3 神经网络右逆系统解耦26-27
• 3.3 异步电动机的可逆性分析27-29
• 3.4 基于神经网络逆的异步电机节能控制器设计29-33
• 3.4.1 神经网络逆解耦单元的设计30-32
• 3.4.2 磁链、转速控制器设计32
• 3.4.3 最优磁通计算单元的设计32-33
• 3.5 小结33-34
• 第4章 基于FPGA 的异步电动机节能控制系统硬件设计34-44
• 4.1 可编程逻辑器件FPGA 功能介绍34
• 4.2 异步电动机节能控制系统的硬件总体设计34-36
• 4.2.1 总体设计34-35
• 4.2.2 设计目标35-36
• 4.3 系统主电路设计36
• 4.4 检测电路的设计36-40
• 4.4.1 电流检测电路37-39
• 4.4.2 转速检测电路39-40
• 4.5 辅助电路的设计40-43
• 4.5.1 电源电路40-42
• 4.5.2 IPM 故障保护电路42
• 4.5.3 PWM 驱动电路42-43
• 4.6 小结43-44
• 第5章 基于FPGA 的异步电动机节能控制系统软件设计44-69
• 5.1 系统的总体软件设计44-45
• 5.1.1 软件总体设计流程及结构44-45
• 5.1.2 软件总体设计目标45
• 5.2 电流检测模块设计45-47
• 5.3 转速检测模块设计47-49
• 5.3.1 角度输出模块48-49
• 5.3.2 速度输出模块49
• 5.4 坐标变换模块的设计49-52
• 5.4.1 Clark 变换模块49-51
• 5.4.2 Park 坐标变换模块51-52
• 5.5 最优磁通控制模块设计52-56
• 5.5.1 最优励磁计算模块53-54
• 5.5.2 启动/强励磁控制模块54-56
• 5.6 神经网络逆解耦控制模块设计56-60
• 5.6.1 数字PD 调节器模块56-57
• 5.6.2 神经网络逆解耦模块57-60
• 5.7 SVPWM 模块设计60-67
• 5.7.1 SVPWM 模块设计原则及依据60-63
• 5.7.2 SVPWM 模块设计63-67
• 5.8 转矩磁链估计模块的设计67-68
• 5.9 小结68-69
• 第6章 仿真实验69-75
• 6.1 异步电动机节能控制算法仿真69-70
• 6.2 基于FPGA 的控制系统功能模块仿真70-73
• 6.2.1 转速检测模块的仿真70-71
• 6.2.2 电流检测模块的仿真71
• 6.2.3 坐标变换模块的仿真71-72
• 6.2.4 最优励磁模块仿真72-73
• 6.2.5 SVPWM 模块仿真73
• 6.3 小结73-75
• 第7章 总结75-77
• 7.1 本文的主要工作75
• 7.2 后续工作及研究展望75-77
• 参考文献77-80
• 附录80-81
• 发表论文和参加科研情况说明81-82
• 致谢82

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

光电编码器测速算法的IP核设计    李拥军;杨文淑;

最小磁场存储能量条件下的感应电机定子磁通幅值效率优化    季筱隆;沈传文;孟永庆;苏彦民;

感应电机优化SVPWM调制策略研究    王金东;张和生;

变频调速电机的运行效率及节能控制研究    黎英,时维国

变频调速问答(二) 变频器的主电路    张燕宾

人工神经网络FPGA硬件实现的研究进展    盛荣菊;马建伟;

感应电动机轻载节能的分析与实验    冯信华，陶甫廷，肖成章

基于神经网络广义逆的感应电机变频系统内模控制    刘国海;杨官学;

电动车用感应电机最大效率控制技术研究    刘小虎,谢顺依,郑力捷

一般非线性系统的构造性逆系统方法    吴热冰,李春文

电动汽车高效快响应电驱动系统控制策略研究    李珂

校验氧化锌避雷器带电测试仪的新方法    朱琦;王刘芳;王庆军;汪宇;

同步发电机监督学习神经网络励磁控制器    杨冠鲁,李晴燕,胡欣

非线性系统的线性控制方法研究    钱慧芳,陈增禄

基于模糊滑模控制器的PMSM伺服系统    杨玉东;刘保连;

直接转矩控制中无速度传感器技术的现状及发展    郭兴众;

基于零矢量插入的矢量细分的PMSM直接转矩控制研究    李敏;陈其工;江明;

线性控制系统Nyquist稳定判据的教学方法研究    张德祥;王莹;张倩;张媛媛;

基于DSP2407的矢量控制三相异步电动机变频调速系统设计    廖子庭;樊生文;冯建国;李正熙;

基于PROFIBUS现场总线控制的交流异步电机与直流电机的速度同步控制    余晓霏;周国荣;丁鹏;

直接转矩矢量细分控制在永磁同步电机上的应用    完敏,刘贤兴

充液航天器姿态的自适应非线性动态逆控制    祝乐梅;岳宝增;

异步电动机交-直-交变频矢量控制在宣钢中型材生产线的应用和日常维护    朱卫红;邢旭辉;岳大旭;付博;

电力系统一般非线性综合切换励磁控制    刘艳红;李春文;汤洪海;

基于EKF的感应电机无速度传感器控制系统    陈翠;孙衢;王旭光;

基于逆模型的再入飞行器鲁棒控制技术研究    马文涛;张庆振;史波波;高晨;

交流主动磁轴承支承的电主轴逆系统解耦控制    诸德宏;王鹏;程新;朱熀秋;

五自由度交流混合磁轴承α阶逆系统解耦控制    杨益飞;阮颖;张维煜;王泉;杨泽斌;朱熀秋;

接地检测器在ACS800整流柜上的应用    姚俊;李洪涛;

PLC控制的气动控制元件在条并卷联合机上的应用    王晓松;

电网电压波动对有源滤波器的影响及仿真分析    陈骏峰;杨璇;徐金榜;沈安文;

GPS/SINS超紧密组合导航系统的关键技术研究    张涛

数字化PWM逆变系统控制关键技术研究及其应用    杨金辉

类菱形车转向系统研究与分析    查云飞

交流伺服系统自适应滑模控制理论与方法研究    万宇宾

六相永磁同步电动机驱动控制系统的研究    朱建光

永磁风力发电机分布式直流并网变流器的研究与实现    张洪阳

变频电源供电永磁同步电动机几个关键技术研究    赵国新

微网控制及小信号稳定性分析与能量管理策略    苏玲

微网谐波振及电压暂降的评估与控制    雷之力

永磁同步直线电机复杂机电耦合系统分析与控制方法    曾理湛

基于DSP的交流异步电动机变频调速技术研究    杨亮

虚拟倒立摆系统的控制研究    郑洪波

太阳能辅助热泵多功能复合机的电气化改进及其控制    马秋环

基于FPGA的跑步机变频调速系统的设计研究    高圆圆

基于ARM的SVG型低压无功补偿控制器的研究    张永臣

基于运动控制的虚拟样机技术的研究    杨列坤

智能控制算法在倒立摆系统中的应用研究    檀庭跃

BP神经网络研究与硬件实现    李安新

基于Hopfield神经网络控制系统的研究    陈少华

感应电机矢量控制系统研究与实现    葛金法

一种光电编码器用可编程计数电路的设计    俞竹青,潘全胜

一种低速下磁链观测补偿的新方法    张旭,瞿文龙

燃料电池电动车驱动系统结构的研究    宇文博,姜新建,朱东起

基于无源性的感应电机控制系统设计    顾亮;沈传文;季筱隆;

基于逆系统理论的感应电动机解耦控制的研究    曹建荣,虞烈,魏泽国,王勉华

最小开关损耗VSVPWM技术的研究与仿真    张桂斌,徐政

永磁同步电机直接转矩控制系统理论及控制方案的研究    田淳,胡育文

矢量控制中感应电动机转子电阻的自适应辨识    冬雷,李永东,王文森,李明才

变频调速异步电动机效率优化控制的研究进展    崔纳新,张承慧,杜春水

电动汽车驱动用永磁同步电动机系统效率优化控制研究    许家群,朱建光,邢伟,唐任远

电动汽车异步电机驱动系统的在线效率优化控制    王子佳

火电厂信息化建设的方案选择探讨    齐延韦,马永东,王利国

利用WebXL实现节能控制    智炯

智能建筑中变风量空调系统的控制    孙育英;贾衡;田沛哲;

空调监控系统节能策略的探讨    丁贞魁;王娜;王家生;

基于输入频率的异步电动机节能控制原理分析及实现    林友杰;

大型中央空调系统节能控制的应用分析    郑伟文;

通风空调系统的节能控制研究    宋瑞祥;

节能控制    胡中楫;

加热炉燃烧系统的节能控制    黄布毅;

变频技术在水泵节能控制中的应用    江冰,曾庆钱

冷冻、冷藏设备的节能控制    白保安;

冷库的节能控制方案    姜珊;

中央空调水系统变流量节能控制技术    沈和荣;吴文涛;潘鑫;

火力发电厂的节能控制与监督管理    王波;

越南燃油加热炉的自动控制    鲁明璐;蒋卫;段璐璐;

电除尘器优化控制的仿真研究    胡志光;李魁选;常爱玲;

直燃型溴化锂吸收式制冷机组的节能控制策略分析    石巧慧;张华;

冷冻机节能控制 控制回水温度恒定    张子慧;

空压机系统的自动化节能控制    汤钰鹏;李永平;徐建军;

一类耗能设备的节能控制    马平;田沛;蒋毅恒;赵艳琴;

新型抽油机节能控制装置效果佳    赵安

提高工业能效降低投资成本“节能控制”一石双鸟    实习生　张忠旭

发挥保障作用 抓好节能控制    上海市工程建设咨询监理有限公司

LG未来窗T730BH plus型纯平彩显精解与检修（一）    内蒙古 孙立群 李杰

新型彩显节能控制电路原理与故障检修    山东 华兴潮

小女生解决油田节能控制大难题    史瑞红

“湖北省建筑热环境与建筑节能相关控制法”通过专家鉴定    驻湖北记者 李文聪

液压挖掘机制造的节能趋势    龚纪强

科学 节能 中心城区路灯管理智能化    殷元元

落实五个到位 确保完成节能控制目标    记者 郝明雷

液压挖掘机节能控制技术的研究    高峰

液压挖掘机节能模糊控制系统研究    国香恩

基于功率匹配的挖掘机节能控制技术的研究    张栋

线控四轮独立驱动轮毂电机电动汽车稳定性与节能控制研究    李刚

变频器供电的感应电机节能控制若干技术的研究    王爱元

液压挖掘机动力系统的节能控制研究    纪云锋

基于IEEE802.16的无线资源分配和节能控制策略研究    梁建新

旋挖钻机节能控制技术的应用研究    吴井泉

智能建筑中的热源自适应节能控制    李明海

基于物联网的中央空调节能控制    车远强

节能控制与能耗监测管理系统的部分设计与实现    耿强

节能控制与能耗监测管理系统的数据库设计与实现    单倩敏

异步电动机综合控制器研究    钟士元

渲染集群节能控制研究与实现    张立敏

高校学生公寓智能安防测控系统研究与设计    陈岩