永磁同步电机矢量控制系统开发

中图分类号：TM351论文编号：102870313-S031学科分类号：080402硕士学位论文永磁同步电机矢量控制系统开发研究生姓名徐旭明学科、专业测试计量技术及仪器研究方向计算机测控系统指导教师王友仁教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一三年二月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringDevelopmentonVectorControlSystemforPermanentMagnetSynchronousMotorAThesisinInstrumentationScienceandTechnologybyXuXumingAdvisedbyProfessorWangYourenSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringFebruary,2013承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文I摘要随着电力电子技术、微电子技术、永磁材料及控制理论等技术的快速发展，以永磁同步电机（PMSM）为控制对象的交流控制系统得到了越来越广泛的关注。永磁同步电机广泛地应用在数控机床、工业机器人等工业自动化设备中。永磁同步电机矢量控制系统具有直流电机控制系统不可比拟的优越性，因此，研制高性能、高可靠性的永磁同步电机矢量控制系统具有重要的现实意义。本文围绕永磁同步电机矢量控制系统的开发而展开，主要研究工作如下：充分了解了永磁同步电机的结构与分类，根据坐标变换的原理，建立了永磁同步电机的数学模型。对永磁同步电机控制系统的控制策略及电流控制方法的优缺点做了充分比较后，控制系统采用了矢量控制di=0的控制策略。通过建立特殊坐标系，将空间矢量脉宽调制（SVPWM）算法进行简化，减少相应的计算量。在Matlab/Simulink仿真软件环境下搭建了永磁同步电机矢量控制系统的仿真模型，系统采用了电流环、速度环双闭环结构，对矢量控制di=0的控制策略进行了验证。然后对永磁同步电机矢量控制系统的硬件电路进行设计，系统硬件电路是基于TMS320F2812与PS21563-P型号的智能功率模块（IPM），完成了系统硬件电路的设计、制作、并调试成功了系统的硬件电路。最后使用C语言完成了永磁同步电机矢量控制系统的软件设计，给出了系统软件设计的流程图。在设计的控制系统的硬件平台上，完成了永磁同步电机矢量控制系统的实验调试工作，实验结果有力地证明了矢量控制系统设计方案的可行性，同时也证明了所设计的控制系统运行稳定可靠，具有良好的控制性能。关键词：永磁同步电机，矢量控制，空间矢量脉宽调制，控制系统，数字信号处理器永磁同步电机矢量控制系统开发IIAbstractWiththefastdevelopmentofpowerelectricstechnology，microelectronictechnology,permanentmagnetmaterialsandcontroltheory,PermanentMagnetSynchronousMotor(PMSM)ACcontrolsystemhasacceptedmoreandmoreconcerns.PMSMiswidelyusedontheautomationequipments,suchascomputernumericalcontrolmachinetoolsandindustrial.PMSMvectorsystemhasadvantageoverDCmotorcontrolsystem,soithasveryimportantsignificancetostudyonhighperformanceandreliabilityofPMSMvectorsystem.ThispaperisaimingatvectorcontrolofPMSMsystem,anditsmainresearchasfollows:TounderstandthestructureandclassificationofPMSMfully,themathematicmodelofPMSMareestablishedaccordingtocoordinatetransformation.DoafullcomparisonofPMSMcontrolsystemcontrolstrategiesandtheadvantageanddisadvantageofcurrentcontrolmethod,thevectorcontroldi=0ofcontrolstrategyisdetermined.Throughestablishingaspecialcoordinatesystem,thereforeSVPWMissimplified,whichmakescorrespondingcalculationsimpler.ThesimulationmodelofPMSMsystemisbuiltintheMatlab/Simulinksoftwareenvironment,whichincludesthespeedandcurrentclosed-loopcontrol,thevectorcontroldi=0ofcontrolstrategyisverified.ThenthispapergivesoutthehardwaredesignofPMSMvectorsystembasedonTMS320F2812andIPMofthemodelPS21563-Pindetail,thedesignandproductionofthesystemhardwarearecompleted,anditissuccessfultodebugthesystemofhardware.AtlastthesoftwarebasedonClanguageiswrittenbyCodewarrior,whichrealizesthecurrentandspeedclose-loopcontrol.Theflowchartofsoftwareisgiven.Theexperimentalresultsbasedonthedesignofhardwareandsoftwareshowthefeasibilityofthedesign,andthecontrolsystemisstableandreliable,whichhasanexcellentperformance.Keywords：PMSM,vectorcontrol,spacevectorpulsewidthmodulation,controlsystem,DSP南京航空航天大学硕士学位论文III目录第一章绪论..........................................................................................................................................11.1研究背景和意义......................................................................................................................11.2永磁同步电机控制系统介绍..................................................................................................21.2.1永磁同步电机控制系统的组成及分类.......................................................................21.2.2永磁同步电机控制系统的基本要求及特点...............................................................31.3国内外研究状况及发展趋势..................................................................................................41.3.1永磁同步电机控制系统国内外研究状况...................................................................41.3.2永磁同步电机控制系统的发展趋势...........................................................................61.4本文的主要研究内容..............................................................................................................8第二章永磁同步电机的数学模型及控制策略...................................................................................92.1永磁同步电机的结构及分类..................................................................................................92.2永磁同步电机的数学模型....................................................................................................102.3永磁同步电机的矢量控制....................................................................................................142.4本章小结...............................................................................................................................14第三章永磁同步电机矢量控制系统设计.........................................................................................153.1简化的SVPWM算法...........................................................................................................153.2永磁同步电机矢量控制系统调节器的设计........................................................................183.2.1电流环调节器