風(fēng)電平臺(tái)大功率PMSM無速度傳感器驅(qū)動(dòng)控制研究與應(yīng)用

【摘要】：本文以風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為依托，以低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電機(jī)作為研究對(duì)象，結(jié)合永磁同步電機(jī)的特性，著重進(jìn)行了永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制研究。 首先針對(duì)關(guān)于永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)相關(guān)方面，對(duì)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了解和分析，針對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的硬件建立了仿真模型并選取相對(duì)合適的算法。其次推導(dǎo)和分析了坐標(biāo)變換原理，熟悉各個(gè)坐標(biāo)系間的互相轉(zhuǎn)換，并結(jié)合PMSM空間矢量坐標(biāo)關(guān)系，推導(dǎo)永磁同步電機(jī)在三種坐標(biāo)系（a-b-c、α-β，d-q）下的數(shù)學(xué)模型并做相關(guān)的詳細(xì)分析。再次深入討論了滑?？刂频睦碚撘罁?jù)與特點(diǎn)，并結(jié)合永磁同步電機(jī)在三種（a-b-c、α-β，d-q）坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)出了基于兩相靜止坐標(biāo)系下的滑模觀測(cè)器，并根據(jù)相關(guān)模型需要的實(shí)際數(shù)據(jù)與實(shí)際硬件平臺(tái)的需求，設(shè)計(jì)了RT_LAB與變流器之間的接口電路，并成功運(yùn)行實(shí)現(xiàn)。同時(shí)研究了永磁同步電機(jī)電壓空間矢量控制方法以及傳統(tǒng)PI控制，分析并結(jié)合兩者的特色與優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)相應(yīng)的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了基于滑模觀測(cè)器的PMSM無傳感器空間矢量調(diào)制策略。最后，根據(jù)實(shí)際的硬件條件，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的硬件信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，將滑模觀測(cè)器算法與離散PI控制在RT_LAB中實(shí)現(xiàn)并得以驗(yàn)證通過。 研究和使用Matlab/Simulink仿真軟件，在Simulink仿真平臺(tái)下搭建了滑模觀測(cè)器和永磁同步電機(jī)空間矢量調(diào)制系統(tǒng)的離散仿真模型在此模型下，分別對(duì)設(shè)計(jì)的基于兩相靜止坐標(biāo)系的滑模觀測(cè)器和空間矢量調(diào)制策略進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證。以電機(jī)模型的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子位置為參考，對(duì)基于滑模觀測(cè)器的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速估計(jì)與轉(zhuǎn)子位置估計(jì)的可行性與準(zhǔn)確性進(jìn)行分析驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，通過滑模觀測(cè)器計(jì)算估計(jì)出的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子位置可以完全跟蹤實(shí)際的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子位置。然后將滑模觀測(cè)器引入到永磁同步電機(jī)的控制模型中，用估計(jì)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子位置替換電機(jī)模型的實(shí)際轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子位置，完成基于滑模觀測(cè)器的PMSM無速度傳感器空間矢量調(diào)制系統(tǒng)的離散仿真模型，對(duì)離散仿真模型的可行性與正確性進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證，并實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的連續(xù)可調(diào)。 根據(jù)實(shí)際硬件要求，設(shè)計(jì)并完成變流器與RT_LAB控制器之間的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路。在仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)際硬件參數(shù)，搭建了基于滑模觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)無速度傳感器空間矢量調(diào)制的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以RT_LAB為控制器，以信號(hào)轉(zhuǎn)換板為接口實(shí)現(xiàn)控制器與控制柜之間信號(hào)傳遞。離散PI控制、空間矢量調(diào)制以及無速度傳感器下滑模觀測(cè)器對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子位置估計(jì)算法等全部由控制器完成，保證了所有信號(hào)的完整性與同步性，使得永磁同步電機(jī)有優(yōu)良的調(diào)速和抗干擾性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該控制器使得永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有靜態(tài)誤差小、上升時(shí)間短、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。 【關(guān)鍵詞】：風(fēng)力發(fā)電 永磁同步電機(jī) 滑模控制 滑模觀測(cè)器 離散PI控制
【學(xué)位授予單位】：南華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM341
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第一章 緒論10-15
• 1.1 選題背景及意義10
• 1.2 國內(nèi)外 PMSM 的研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3 永磁同步電機(jī)控制技術(shù)11-13
• 1.4 滑模變結(jié)構(gòu)控制13-14
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容14-15
• 第二章 永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)與數(shù)學(xué)模型15-23
• 2.1 永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)與選型15-16
• 2.2 永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型16-22
• 2.2.1 d-q 變換和α-β變換16-19
• 2.2.2 三相靜止坐標(biāo)系下的電壓和轉(zhuǎn)矩方程19
• 2.2.3 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的磁鏈、電壓和轉(zhuǎn)矩方程19-21
• 2.2.4 兩相靜止坐標(biāo)系下的磁鏈、電壓和轉(zhuǎn)矩方程21-22
• 2.3 本章小結(jié)22-23
• 第三章 基于滑模觀測(cè)器的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)原理23-38
• 3.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制23-28
• 3.1.1 滑模變結(jié)構(gòu)理論23-25
• 3.1.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制的存在性與穩(wěn)定性條件25-27
• 3.1.3 滑?？刂频膬?yōu)缺點(diǎn)及“抖振”的處理27-28
• 3.2 滑模觀測(cè)器法28-31
• 3.2.1 觀測(cè)器滑模面29-30
• 3.2.2 觀測(cè)器穩(wěn)定性分析30-31
• 3.3 鎖相環(huán)31-37
• 3.3.1 鎖相環(huán)工作原理31-34
• 3.3.2 鎖相環(huán)的線性相位模型34-36
• 3.3.3 鎖相環(huán)的特性36
• 3.3.4 鎖相環(huán)估計(jì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與位置36-37
• 3.4 本章小結(jié)37-38
• 第四章 硬件平臺(tái)與開發(fā)控制軟件38-45
• 4.1 硬件平臺(tái)概述38-42
• 4.1.1 永磁同步電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)原理38-39
• 4.1.2 信號(hào)轉(zhuǎn)換39-42
• 4.2 控制軟件 RT-LAB 與控制器 OP560042-44
• 4.3 本章小結(jié)44-45
• 第五章 PI 控制算法仿真系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析45-67
• 5.1 PI 控制算法原理和特點(diǎn)45
• 5.2 PI 控制算法數(shù)學(xué)實(shí)現(xiàn)45-46
• 5.3 電流環(huán)與轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)46-50
• 5.4 系統(tǒng)指標(biāo)50
• 5.5 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)仿真模型50-53
• 5.5.1 滑模觀測(cè)器的實(shí)現(xiàn)51
• 5.5.2 雙閉環(huán) PI 控制的實(shí)現(xiàn)51-52
• 5.5.3 系統(tǒng)仿真控制的實(shí)現(xiàn)52-53
• 5.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析53-66
• 5.6.1 系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析53-59
• 5.6.2 實(shí)際系統(tǒng)空載實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析59-62
• 5.6.3 仿真系統(tǒng)負(fù)載實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析62-66
• 5.7 本章小結(jié)66-67
• 第六章 總結(jié)與展望67-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 研究生期間發(fā)表論文73-74
• 致謝74

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無軸承永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩和懸浮力直接控制    潘偉;許波;孫曉東;朱熀秋;

一種基于Lyaponov理論的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制方法    周京華;陳亞愛;劉坤;

永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的開關(guān)頻率優(yōu)化及其模糊控制    盛義發(fā);喻壽益;洪鎮(zhèn)南;高金生;

永磁同步電機(jī)分?jǐn)?shù)槽集中繞組的槽極數(shù)配合及磁動(dòng)勢(shì)    陳益廣;

F2TP永磁同步電機(jī)掀起節(jié)能革命    張永法

永磁同步電機(jī)承擔(dān)主牽引驅(qū)動(dòng)    申軍平　雷冬梅

尤尼康欲領(lǐng)航國產(chǎn)高端變頻器市場(chǎng)    羅暉

自主創(chuàng)新破題國產(chǎn)高端變頻器    文利

永磁同步電機(jī)助推紡織機(jī)節(jié)能    劉文碩

為中國電梯安裝強(qiáng)健“心臟”    王越

高效永磁同步電機(jī)降低設(shè)備電力損耗    劉文碩

省委黨校第55期廳干班學(xué)員來潭調(diào)研    見習(xí)記者 方芳

充滿“時(shí)尚”新元素    秦北

電梯節(jié)能企業(yè)技術(shù)研發(fā)是關(guān)鍵    史玉成

PMSM直接轉(zhuǎn)矩控制方法及實(shí)驗(yàn)研究    劉英培

無傳感器內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極位置檢測(cè)技術(shù)研究    劉家曦

混合動(dòng)力車用徑向—徑向磁通復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁同步電機(jī)的研究    劉冉冉

永磁同步電機(jī)工程伺服系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)研究    魯文其

永磁電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)若干問題的研究    劉軍

雙三相永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究    楊金波

永磁同步電機(jī)鐵心損耗與暫態(tài)溫度場(chǎng)研究    張洪亮

基于載波頻率成份法的永磁同步電機(jī)無位置傳感器控制研究    于艷君

高速永磁同步電機(jī)的損耗分析與溫度場(chǎng)計(jì)算    江善林

永磁同步電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)魯棒控制策略研究    張輝

基于滑模觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)無速度傳感器控制    李建功

永磁同步電機(jī)無傳感器矢量控制系統(tǒng)研究    黃盟芝

基于滑模觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)無傳感器研究    朱志偉

基于模糊控制的永磁同步電機(jī)無位置傳感器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)    肖楊柳

基于參數(shù)辨識(shí)的永磁同步電機(jī)自適應(yīng)控制研究    張英范

基于雙滑模的無傳感器永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)研究    黎永華

永磁同步電機(jī)的負(fù)載扭矩觀測(cè)與補(bǔ)償控制研究    付曉輝

永磁同步電機(jī)自適應(yīng)模糊控制的設(shè)計(jì)與分析    周麗娜

雙三相永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的研究    王銘

基于自適應(yīng)模糊的永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制    肖石偉