阐释永磁基于dsPIC伺服电机直接转矩制约系统设计与实现

论文导读：制约系统28-363.3.1逆变器和空间电压矢量29-313.3.2定子磁链的观测与制约31-343.3.2.1定子磁链的观测模型31-323.3.2.2定子磁链的滞环制约32-343.3.3电磁转矩的观测与制约34-363.3.3.1电磁转矩的观测模型343.3.3.2电磁转矩的滞环制约34-363.3.4逆变器开关表363.4矢量细分的基本思想36-383.5空间电压矢量(SVPWM)调制
摘要：直接转矩制约是继矢量制约之后进展起来的一种高性能交流调速技术。由于直接转矩制约对策具有转矩制约直接、动态响应较快、算法相对简单等优点,所以其在交流电机调速领域得到越来越多的关注。本论文以三相正弦波驱动的永磁同步电机(PM)为探讨对象,浅析了永磁同步电机的结构及数学模型,在此基础上,系统阐述了基于直接转矩制约的永磁同步电机交流伺服系统的基本原理和系统构成。本论文以永磁同步电机的结构出发,浅析了永磁同步电机的工作原理,建立了永磁同步电机在不同参考坐标系下的数学模型。针对传统制约方式有着的缺点,本论文将空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)和矢量细分算法引入永磁同步电机的直接转矩制约系统中,以解决传统直接转矩制约方式中磁链、转矩波动大的不足,给出了定子磁链和电磁转矩协调制约的改善算法。借助Matlab7.1/Simupnk工具对永磁同步电机的基于SVPWM的直接转矩制约系统和基于矢量细分的直接转矩制约系统仿真模型各子环节进行建模设计,同时建立了两种制约对策的仿真模型。模拟实际的制约系统进行了仿真探讨,得到了较好的实验结果。最后,完成了以dsPIC30F4011为核心的伺服电机直接转矩制约系统的硬件设计和软件设计。关键词：永磁同步电机论文直接转矩制约论文空间矢量脉宽调制论文
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Abstract6-11
第1章 绪论11-19

1.1 课题探讨的背景11-12

1.2 交流伺服系统介绍12-13

1.2.1 伺服系统介绍12

1.2.2 交流伺服系统的组成12-13

1.3 交流调速的进展13-14

1.3.1 电力电子器件的进展直接决定和影响交流调速技术的进展13

1.3.2 脉宽调制(PWM)技术的进展和运用发挥了重大作用13-14

1.3.3 矢量变换制约技术的进展奠定了现代交流调速系统高性能化的基础14

1.4 直接转矩制约技术的进展、近况及前景14-18

1.4.1 直接转矩制约技术的进展及近况14-15

1.4.2 直接转矩制约技术的特点15

1.4.3 直接转矩制约技术的进展方向15-18

1.4.3.1 磁链调节器和转矩调节器的细化的改善16

1.4.3.2 智能开关状态选择器的探讨16

1.4.3.3 电压矢量选择方式的改善16-17

1.4.3.4 改善低速性能的探讨17

1.4.3.5 无速度传感器的直接转矩制约系统17

1.4.3.6 微机制约技术的运用17-18

1.5 课题探讨的主要内容18-19

第2章 永磁同步电机的结构和数学模型19-27

2.1 引言19

2.2 永磁同步电机的结构19-20

2.1 永磁同步电机的总体结构19-20

2.2 与传统的异步电机相比,永磁同步电机的优点20

2.3 永磁同步电机的运动规律和数学模型20-26

2.3.1 三相定子坐标系(A-B-C)下的PM模型21

2.3.2 两相定子坐标系(α-β)下的PM模型21-23

2.3.3 同步旋转坐标系(d-q)下的PM模型23-26

2.3.4 M-T坐标系下的PM模型26

2.4 本章小结26-27

第3章 永磁同步电机直接转矩制约系统27-43

3.1 引言27

3.2 直接转矩制约的基本思想27-28

3.3 三相永磁同步电机的直接转矩制约系统28-36

3.1 逆变器和空间电压矢量29-31

3.2 定子磁链的观测与制约31-34

3.3.

2.1 定子磁链的观测模型31-32

3.3.

2.2 定子磁链的滞环制约32-34

3.3.3 电磁转矩的观测与制约34-36

3.1 电磁转矩的观测模型34

3.2 电磁转矩的滞环制约34-36

3.4 逆变器开关表36

3.4 矢量细分的基本思想36-38

3.5 空间电压矢量(SVPWM)调制38-41

3.5.1 空间电压矢量调制(SVPWM)介绍39-40

3.5.2 基于SVPWM的永磁同步电机直接转矩制约系统40-41

3.5.

2.1 U_s估计单元40-41

3.5.

2.2 定子磁链矢量的动态制约41

3.6 本章小结41-43
第4章 伺服电机直接转矩制约系统的仿真探讨43-63

4.1 引言43

4.2论文导读：AB仿真软件介绍43-444.3基于矢量细分的三相永磁同步电机直接转矩制约系统仿真44-514.3.1PM模型44-464.3.2电流A-B-C/α-β坐标变换单元464.3.3α-β坐标系的定子电压分量获取模块46-474.3.4Ψ_s、T_e估算模块47-484.3.5位置估算模块48-494.3.6开关表及逆变器驱动信号模块494.3.7定子磁链扇区区域号选择模块49-514.
MATLAB仿真软件介绍43-44

4.3 基于矢量细分的三相永磁同步电机直接转矩制约系统仿真44-51

4.

3.1 PM模型44-46

4.

3.2 电流A-B-C/α-β坐标变换单元46

4.

3.3 α-β坐标系的定子电压分量获取模块46-47

4.

3.4 Ψ_s、T_e估算模块47-48

4.

3.5 位置估算模块48-49

4.

3.6 开关表及逆变器驱动信号模块49

4.

3.7 定子磁链扇区区域号选择模块49-51

4.4 基于SVPWM的三相永磁同步电机直接转矩制约系统仿真51-58

4.1 SVPWM在仿真环境中的实现策略51

4.2 判断U_s所在扇区51-54

4.3 确定空间电压矢量的作用时间54-56

4.4 计算电压矢量的切换点56-58

4.5 仿真结果浅析58-61

4.6 本章小结61-63

第5章 基于dsPIC30F4011的伺服电机直接转矩制约系统的设计63-79

5.1 微处理器型号的选择63-64

5.2 主制约芯片dsPIC30F4011介绍64-65

5.3 系统硬件设计65-70

5.

3.1 系统制约板实物图65-66

5.

3.2 系统硬件的总体结构66

5.

3.3 整流滤波电路设计66-67

5.

3.4 电机制约脉宽调制(MCPWM)模块67-68

5.

3.5 逆变电路68

5.

3.6 过流检测电路68-69

5.

3.7 反馈电路69-70

5.4 制约系统的软件设计70-78
5.

4.1 MPLAB IDE介绍70-71

5.

4.2 主程序的设计71-74

5.4.

2.1 系统初始化72-73

5.4.

2.2 PI调节器73-74

5.4.3 主中断的设计74-75
5.

4.4 PWM子程序75-76

5.

4.5 电机转速的计算76-78

5.5 本章小结78-79
第6章 实验结果浅析与展望79-83

6.1 实验结果79-81

6.2 总结81-83

6.

2.1 本论文的主要工作81

6.

2.2 近一步探讨工作的设想81-83

参考文献83-87
致谢87