永磁同步电机矢量控制的研究与应用
Research and Application of PMSM Vector Control
目前自动门的控制方式主要有直流脉宽调速、交流异步变频调速和直流无刷控制,控制对象都是高速电机,需要附加额外的减速装置才能实现自动门的开关动作,导致结构复杂、故障率高、维护困难.而永磁同步电机以其结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高的特点,在伺服控制领域将逐渐取代传统的直流电机.以DSP作为控制芯片,其功能强大、运算速度快,可以实现高精度的电机伺服控制.论文首先介绍了电力传动技术、运动控制技术和交流伺服传动系统的发展,论述了永磁同步电机矢量控制和直接转矩控制策略的原理.随后分析了永磁同步电机模型(同步电机的结构、坐标变换原理、电机数学模型)和空间矢量SVPWM技术的基本原理、法则推导和控制算法,以及常用的PMSM矢量控制方法(id=0控制、最大电磁转矩/电流控制、弱磁控制和最大输出功率控制).在软件MATLAB/SIMULINK环境下仿真了SVPWM控制波形,搭建了直接转矩控制和矢量控制策略下的永磁同步电机控制系统,并且对比分析两种控制策略下的转速、转矩输出波形.经过比较后,确定针对id=0的控制方案进行实验研究.本文设计的PMSM矢量控制系统采用TI公司TMS320F2812的DSP作为控制芯片,进行了硬件电路的设计与矢量控制程序的编写.硬件上DSP控制板和电机驱动板的设计,包括主回路、驱动电路、电流检测电路、AD转换电路、过压保护电路、HALL/ECNODER检测电路和串口通信电路等.并在CCS开发环境下,对PMSM矢量控制方案进行软件开发,完成主要模块的算法设计,包括SVPWM、Clarke/Park变换、AD采样和QEP等算法的实现.最终,通过对PMSM调速系统的测试,得出电机的PWM驱动、定子电流、转速、转矩、SVPWM相电压和编码器检测信号等实验波形,并对实验结果进行分析,表明:在id=0的磁场定向控制方式下,系统调速性能良好,动态响应快.并应用于实验室的平移自动门实验平台,实现了永磁同步电机电流环、速度环、位置环的闭环控制,符合系统的设计要求.
- 作者：
- 翟程远
- 学位授予单位：
- 上海交通大学
- 专业名称：
- 电力电子与电力传动
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2013年
- 导师姓名：
- 陈德荣
- 中图分类号：
- TM341
- 关键词：
- 自动门；永磁同步电机；矢量控制；直接转矩控制；闭环控制
- Automatic door；PMSM；vector control；DTC；closed-loop control