電機矢量控制系統(tǒng)及其節(jié)能化研究

【摘要】：矢量控制通過測量異步電動機定子電流矢量,并利用坐標(biāo)變換原理將三相交流矢量轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)坐標(biāo)系中的直流分量,再根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動機的勵磁、轉(zhuǎn)矩兩電流分量進行控制,最終達到控制異步電動機調(diào)速的目的。矢量控制實際上就是將電機的磁鏈與轉(zhuǎn)矩解耦,再獨立設(shè)計兩者的調(diào)節(jié)器,以實現(xiàn)對交流電機的進行類似于直流電機的高性能調(diào)速。矢量控制的電機調(diào)速系統(tǒng)具有調(diào)速范圍寬、動態(tài)性能好的優(yōu)點。本文研究的是以TMS320F2812為核心的變頻調(diào)速系統(tǒng)及系統(tǒng)的節(jié)能化設(shè)計。 文章首先介紹了異步電機模型的搭建和矢量控制的基本原理。利用異步電機的模型在MATLAB/SIMUlink中建立起磁場定向矢量控制的整體結(jié)構(gòu),通過大量的仿真驗證了矢量控制的調(diào)速系統(tǒng)的正確性與穩(wěn)定性。在硬件方面,設(shè)計了以DSP為核心的控制電路以及以IPM為核心的功率電路,文中對系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu),功率電路,以及電流檢測電路,電壓檢測電路,電源模塊和保護電路都做了簡要的介紹。在軟件方面,利用C語言編寫了異步電機矢量控制程序,文中對程序的磁鏈觀測子模塊,PI調(diào)節(jié)子模塊,電壓空間矢量PWM(SVPWM)子模塊,電流檢測采樣子模塊,轉(zhuǎn)速采樣子模塊進行了詳細的介紹。所有程序在實驗臺上調(diào)試通過。 文章接著在矢量控制的基礎(chǔ)上介紹了最小損耗控制技術(shù)的背景,針對于矢量控制的電機變頻系統(tǒng)在輕載時運行于額定磁鏈造成了能量浪費的問題,首先推導(dǎo)出計算鐵損耗影響的異步電機的數(shù)學(xué)模型,在MATLAB/SIMIlink中建立了考慮鐵損耗的異步電機的矢量控制的數(shù)學(xué)模型。并在此基礎(chǔ)進行了大量的仿真研究,比較了損耗模型控制和搜索控制的優(yōu)缺點。最后提出了一種基于電機模型與模糊控制的混合搜索控制策略的矢量控制節(jié)能優(yōu)化算法,仿真結(jié)果表明該方法是穩(wěn)定有效的。 最后文章提出了進一步完善和研究的方向。 【關(guān)鍵詞】：DSP IPM SVPWM 矢量控制 模糊控制 在線搜索控制
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TM343
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第一章 緒論10-19
• 1.1 選題背景及意義10-11
• 1.2 交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展11-13
• 1.2.1 電力電子技術(shù)的發(fā)展11-12
• 1.2.2 微電子技術(shù)的發(fā)展12-13
• 1.2.3 PWM技術(shù)的發(fā)展13
• 1.3 交流調(diào)速系統(tǒng)的方法與策略13-17
• 1.3.1 恒壓頻比控制13-14
• 1.3.2 轉(zhuǎn)差頻率控制14
• 1.3.3 矢量控制14-15
• 1.3.4 直接轉(zhuǎn)矩控制15
• 1.3.5 直接功率控制15-16
• 1.3.6 無位置/速度傳感器控制16
• 1.3.7 智能控制理論的應(yīng)用16-17
• 1.4 本文主要內(nèi)容17-19
• 第二章 矢量控制的原理與數(shù)學(xué)模型的建立19-30
• 2.1 異步電機矢量控制的原理19-24
• 2.1.1 三相異步電動機的數(shù)學(xué)模型19-22
• 2.1.2 異步電動機在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型22-23
• 2.1.3 矢量控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)23-24
• 2.2 矢量控制的仿真模型24-27
• 2.3 矢量控制的仿真結(jié)果27-29
• 2.4 小結(jié)29-30
• 第三章 矢量控制系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計與實現(xiàn)30-42
• 3.1 DSP技術(shù)30-32
• 3.2 系統(tǒng)概述32
• 3.3 主回路設(shè)計32-38
• 3.3.1 IPM模塊簡述33-34
• 3.3.2 系統(tǒng)功率電路設(shè)計34-38
• 3.4 控制回路設(shè)計38-42
• 3.4.1 事件管理器介紹38-39
• 3.4.2 電流檢測電路的設(shè)計39-42
• 第四章 矢量控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計與實現(xiàn)42-55
• 4.1 IQMATH介紹42-43
• 4.1.1 定點和浮點DSP的比較42
• 4.1.2 IQmath庫的應(yīng)用42-43
• 4.2 軟件系統(tǒng)概述43-45
• 4.3 系統(tǒng)主要模塊設(shè)計45-53
• 4.3.1 cmd文件45-46
• 4.3.2 系統(tǒng)初始化程序46-48
• 4.3.3 電流測量模塊48-49
• 4.3.4 轉(zhuǎn)速測量模塊49
• 4.3.5 PI調(diào)節(jié)模塊49-50
• 4.3.6 磁鏈觀測模塊50-52
• 4.3.7 SVPWM模塊52-53
• 4.4 實驗結(jié)果53-55
• 第五章 矢量控制的節(jié)能化研究55-75
• 5.1 異步電機損耗分析55-57
• 5.2 考慮鐵損的異步電機的數(shù)學(xué)模型57-60
• 5.3 基于損耗模型的節(jié)能控制60-64
• 5.3.1 損耗模型的建立60-62
• 5.3.2 仿真研究62-64
• 5.4 基于模糊搜索和損耗模型的節(jié)能控制64-75
• 5.4.1 模糊控制器65-68
• 5.4.2 損耗模型和模糊搜索的混合節(jié)能控制器68-72
• 5.4.3 仿真實驗72-74
• 5.4.4 結(jié)果分析74-75
• 第六章 總結(jié)與展望75-77
• 參考文獻77-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間參與的項目81
• 攻讀碩士學(xué)位期間完成的論文81

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