电机矢量控制系统及其节能化研究

【摘要】：矢量控制通过测量异步电动机定子电流矢量,并利用坐标变换原理将三相交流矢量转变为旋转坐标系中的直流分量,再根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁、转矩两电流分量进行控制,最终达到控制异步电动机调速的目的。矢量控制实际上就是将电机的磁链与转矩解耦,再独立设计两者的调节器,以实现对交流电机的进行类似于直流电机的高性能调速。矢量控制的电机调速系统具有调速范围宽、动态性能好的优点。本文研究的是以TMS320F2812为核心的变频调速系统及系统的节能化设计。 文章首先介绍了异步电机模型的搭建和矢量控制的基本原理。利用异步电机的模型在MATLAB/SIMUlink中建立起磁场定向矢量控制的整体结构,通过大量的仿真验证了矢量控制的调速系统的正确性与稳定性。在硬件方面,设计了以DSP为核心的控制电路以及以IPM为核心的功率电路,文中对系统的整体结构,功率电路,以及电流检测电路,电压检测电路,电源模块和保护电路都做了简要的介绍。在软件方面,利用C语言编写了异步电机矢量控制程序,文中对程序的磁链观测子模块,PI调节子模块,电压空间矢量PWM(SVPWM)子模块,电流检测采样子模块,转速采样子模块进行了详细的介绍。所有程序在实验台上调试通过。 文章接着在矢量控制的基础上介绍了最小损耗控制技术的背景,针对于矢量控制的电机变频系统在轻载时运行于额定磁链造成了能量浪费的问题,首先推导出计算铁损耗影响的异步电机的数学模型,在MATLAB/SIMIlink中建立了考虑铁损耗的异步电机的矢量控制的数学模型。并在此基础进行了大量的仿真研究,比较了损耗模型控制和搜索控制的优缺点。最后提出了一种基于电机模型与模糊控制的混合搜索控制策略的矢量控制节能优化算法,仿真结果表明该方法是稳定有效的。 最后文章提出了进一步完善和研究的方向。 【关键词】：DSP IPM SVPWM 矢量控制 模糊控制 在线搜索控制
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM343
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 选题背景及意义10-11
• 1.2 交流调速系统的发展11-13
• 1.2.1 电力电子技术的发展11-12
• 1.2.2 微电子技术的发展12-13
• 1.2.3 PWM技术的发展13
• 1.3 交流调速系统的方法与策略13-17
• 1.3.1 恒压频比控制13-14
• 1.3.2 转差频率控制14
• 1.3.3 矢量控制14-15
• 1.3.4 直接转矩控制15
• 1.3.5 直接功率控制15-16
• 1.3.6 无位置/速度传感器控制16
• 1.3.7 智能控制理论的应用16-17
• 1.4 本文主要内容17-19
• 第二章 矢量控制的原理与数学模型的建立19-30
• 2.1 异步电机矢量控制的原理19-24
• 2.1.1 三相异步电动机的数学模型19-22
• 2.1.2 异步电动机在两相旋转坐标系上的数学模型22-23
• 2.1.3 矢量控制的系统结构23-24
• 2.2 矢量控制的仿真模型24-27
• 2.3 矢量控制的仿真结果27-29
• 2.4 小结29-30
• 第三章 矢量控制系统的硬件电路的设计与实现30-42
• 3.1 DSP技术30-32
• 3.2 系统概述32
• 3.3 主回路设计32-38
• 3.3.1 IPM模块简述33-34
• 3.3.2 系统功率电路设计34-38
• 3.4 控制回路设计38-42
• 3.4.1 事件管理器介绍38-39
• 3.4.2 电流检测电路的设计39-42
• 第四章 矢量控制系统的软件设计与实现42-55
• 4.1 IQMATH介绍42-43
• 4.1.1 定点和浮点DSP的比较42
• 4.1.2 IQmath库的应用42-43
• 4.2 软件系统概述43-45
• 4.3 系统主要模块设计45-53
• 4.3.1 cmd文件45-46
• 4.3.2 系统初始化程序46-48
• 4.3.3 电流测量模块48-49
• 4.3.4 转速测量模块49
• 4.3.5 PI调节模块49-50
• 4.3.6 磁链观测模块50-52
• 4.3.7 SVPWM模块52-53
• 4.4 实验结果53-55
• 第五章 矢量控制的节能化研究55-75
• 5.1 异步电机损耗分析55-57
• 5.2 考虑铁损的异步电机的数学模型57-60
• 5.3 基于损耗模型的节能控制60-64
• 5.3.1 损耗模型的建立60-62
• 5.3.2 仿真研究62-64
• 5.4 基于模糊搜索和损耗模型的节能控制64-75
• 5.4.1 模糊控制器65-68
• 5.4.2 损耗模型和模糊搜索的混合节能控制器68-72
• 5.4.3 仿真实验72-74
• 5.4.4 结果分析74-75
• 第六章 总结与展望75-77
• 参考文献77-81
• 攻读硕士学位期间参与的项目81
• 攻读硕士学位期间完成的论文81

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