永磁同步电机直接转矩控制系统设计

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毕业论文范文题目： 永磁同步电机直接转矩控制系统设计，论文范文关键词： 永磁同步电机直接转矩控制系统设计
永磁同步电机直接转矩控制系统设计毕业论文范文介绍开始：
　　（全文共45页，19121字）
　　前言
　　永磁同步电动机的突出优点是转子转动惯量小、效率高、功率密度大、可靠性高，正是因为这些优点，永磁同步电动机非常适合应用于高性能伺服系统中。因而，在诸如工业机器人、数控机床等应用场合，永磁同步电动机正在逐步取代直流电动机和感应电动机。
　　在上个世纪的90年代，有些学者把基本直接转矩控制思想应用到了永磁同步电动机控制系统中。由于基本直接转矩控制存在转矩脉动和磁链脉动大的问题，为了进一步提高永磁同步电动机直接转矩控制系统的性能，在过去10年间，出现了许多种改进的永磁同步电动机直接转矩控制方法。本文主要针对永磁同步电机的直接转矩控制技术进行深入研究。
　　为了准确分析直接转矩控制原理，需要对控制对象进行数学分析。为此，本文首先从永磁同步电机的结构出发，分析了永磁同步电机的工作原理，进而建立了永磁同步电机在不同参考坐标系下的数学模型。
　　深入分析了直接转矩控制的控制思想，对基于Bang-Bang滞环控制的传统方式进行了研究，分析了空间电压矢量对定子磁链和电磁转矩的影响。
　　借助Matlab7.1/Simulink工具对永磁同步电机的传统直接转矩控制系统进行建模设计，建立了仿真模型。
　　在工业农业、交通运输、国防建设、军事设施和日常生活中广泛应用电机传动，其中多场合需要电机调速。直流调速系统调速方便，只要改变电机的输入电压或励磁电流就可以在宽范围内实现无级调速，而且在磁场一定的情况下转矩输出与电枢电流成正比，使得直流电机的转矩易于控制。因此在上世纪70年代以前，直流调速系统广泛应用于调速范围广、控制精度高、动态性能好的场合，在变速传动领域中长期占据统治地位。但是直流电机本身存在如下缺点：电刷和换向器使电机成本高，体积大而需要定期维护，转速和容量方面有所限制，不适用于易燃、易爆、多尘及环境恶劣的场合等。
　　相比直流电机，交流电机具有结构简单、坚固耐用、运行可靠、维护容易、价格便宜、对环境要求低等优点。电机调速系统的关键问题是在维持气隙磁链不变的情况下控制电机的电磁转矩，而交流电机的磁链和转矩之间存在耦合，不能像直流电机那样磁链和转矩可以独立调节，因此交流电机的调速成为难题。然而，电力电子技术、计算机技术和控制理论的迅速发展大大地促进了交流电机控制技术的研究和产品的研发，交流调速系统已逐渐占据传动领域的主导地位，而且应用实践表明交流调速技术的广泛应用带来了巨大的经济和社会效益。
　　近年来，电力电子技术、微电子技术、现代控制理论的发展为交流调速传动产品的发展创造了有利条件，使其逐步具备了宽范围、高精度、快速动态响应和四象限运行等良好的技术性能，并实现了产品的系列化。在这种情况下，国际上出现了“运动控制系统”这一新概念，它包含着电机、电力半导体器件、变换器电路、数字电子技术、自动控制理论和微型计算机等众多学科。最近又增添了超大规模集成电路和计算机辅助设计技术，而其核心就是交流电机的控制。永磁同步电机作为交流电机的一种，发展其传动控制系统具有以下优势：
　　在永磁材料方面，我国作为一个稀土资源大国，对稀土钕铁硼永磁材料的性能研究己经达到世界先进水平，所以对于发展永磁同步电机具有很强的优势。因此开发驱动永磁同步电机的调速传动装置具有非常广阔的市场应用前景。
　　在控制理论方面，直接转矩控制技术作为近年发展起来的一种控制理论，省掉了矢量控制理论中复杂的矢量变换，控制思想新颖，控制结构简单，控制手段直接，信号处理的物理概念明确，转矩响应迅速，对转子参数不敏感，是一种具有高静动态性能的交流调速方法。因此，研究永磁同步电机的直接转矩控制技术在经济和理论上都具有重大意义。
　　迄今为止，真正应用直接转矩控制技术的产品并不多见。本文研究的目的是探讨该技术在永磁同步电机控制上的应用，为开发实用的永磁同步电机直接转矩控制系统进行理论及初步的实践研究。
　　目录
　　摘要 I
　　ABSTRACT II
　　第1章绪论 1
　　1.1本课题的背景及研究意义 1
　　1.2永磁同步电机控制相关领域发展概况 2
　　1.2.1永磁同步电机的特点 2
　　1.2.2电力电子器件的发展 3
　　1.2.3微处理器的发展 4
　　1.2.4永磁同步电机控制策略 4
　　1.3直接转矩控制的研究现状及发展趋势 6
　　1.4本课题的研究内容 7
　　第2章永磁同步电机的数学模型 9
　　2.1引言 9
　　2.2三相永磁同步电机的基本结构 9
　　2.3三相永磁同步电机的数学模型 10
　　2.3.1 A-B-C坐标系下的PMSM模型 11
　　2.3.2 α-β坐标系下的PMSM模型 12
　　2.3.3 d-q坐标系下的PMSM模型 14
　　2.3.4 M-T坐标系下的PMSM模型 15
　　2.4本章小结 16
　　第3章永磁同步电机的直接转矩控制 17
　　3.1引言 17
　　3.2三相永磁同步电机的直接转矩控制 17
　　3.2.1直接转矩控制的基本思想 17
　　3.2.2逆变器和空间电压矢量 19
　　3.2.3定子磁链的观测与控制 21
　　3.2.4电磁转矩的观测与控制 24
　　3.2.5逆变器开关表 25
　　3.3本章小结 26
　　第4章永磁同步电机直接转矩控制系统的仿真研究 27
　　4.1引言 27
　　4.2 MATLAB7.1/SIMULINK仿真工具箱简介 27
　　4.3三相永磁同步电机传统直接转矩控制系统仿真 28
　　4.3.1 PMSM模型及主电路模块 28
　　4.3.2电流A-B-C/α-β坐标变换单元 28
　　4.3.3α-β坐标系的定子电压分量获取模块 29
　　4.3.4ψs、Te及γ估算模块 30
　　4.3.5定子磁链区域号的判断模块 31
　　4.3.6开关表及逆变器驱动信号模块 32
　　4.4仿真结果与分析 33
　　4.5本章小结 37
　　结论 40
　　参考文献 41
　　致谢 42
　　摘要
　　直接转矩控制策略因其具有转矩控制直接、动态响应较快、算法相对简单等优点在交流电机调速领域得到越来越多的关注。随着对永磁同步电机研究的深入，直接转矩控制策略在永磁同步电机的控制领域逐步得到应用。本文主要针对永磁同步电机的直接转矩控制技术进行深入研究。
　　为了准确分析直接转矩控制原理，需要对控制对象进行数学分析。为此，本文首先从永磁同步电机的结构出发，分析了永磁同步电机的工作原理，进而建立了永磁同步电机在不同参考坐标系下的数学模型。
　　深入分析了直接转矩控制的控制思想，对基于Bang-Bang滞环控制的传统方式进行了研究，分析了空间电压矢量对定子磁链和电磁转矩的影响。借助Matlab7.1/Simulink工具对永磁同步电机的传统直接转矩控制系统进行建模设计，建立了仿真模型。
　　关键词永磁同步电机，直接转矩控制，逆变器，模糊逻辑控制器
　　ABSTRACT
　　 More attention is paid to DTC in AC motor speed control area because of its advantages such as fast dynamic response，relatively simple algorithm and so on.With deep study of permanent magnet synchronous motor(PMSM),DTC strategy is applied gradually in PMSM control area.This paper is aimed at studying DTC technology deeply for PMSM.
　　 In order to make an accurate analysis for the principle of DTC,mathematical analysis of motors to be controlled is essential.So the operational principle of PMSM is analyzed firstly based on its structure in this paper,then mathematical models of PMSM are established under different reference coordinate systems.
　　After that,the theory of DTC is studied deeply and traditional control system based on Bang-Bang mode is researched.The effects of space voltage vectors towards stator flux and electromagnetic torque are also analyzed.
　　With Matlab7.1/Simulink the subsystems of traditional DTC system are modeled and designed.Then the simulation model is also established.
　　KEY WORDS: PMSM，DTC，Inverter，Fuzzy logic controller
　　第1章绪论
　　1.1本课题的背景及研究意义
　　在工业农业、交通运输、国防建设、军事设施和日常生活中广泛应用电机传动，其中多场合需要电机调速。直流调速系统调速方便，只要改变电机的输入电压或励磁电流就可以在宽范围内实现无级调速，而且在磁场一定的情况下转矩输出与电枢电流成正比，使得直流电机的转矩易于控制。因此在上世纪70年代以前，直流调速系统广泛应用于调速范围广、控制精度高、动态性能好的场合，在变速传动领域中长期占据统治地位。但是直流电机本身存在如下缺点：电刷和换向器使电机成本高，体积大而需要定期维护，转速和容量方面有所限制，不适用于易燃、易爆、多尘及环境恶劣的场合等。

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