永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)研究報告-開題報告書

1、-. z工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計開題報告課 題 名 稱：永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)研究說 明1根據(jù)工程學(xué)院?畢業(yè)設(shè)計(論文)工作管理規(guī)定?，學(xué)生必須撰寫?畢業(yè)設(shè)計論文開題報告?，由指導(dǎo)教師簽署意見、教研室審查，系教學(xué)主任批準(zhǔn)后實施。2開題報告是畢業(yè)設(shè)計論文辯論委員會對學(xué)生辯論資格審查的依據(jù)材料之一。學(xué)生應(yīng)當(dāng)在畢業(yè)設(shè)計論文工作前期完成，開題報告不合格者不得參加辯論。3畢業(yè)設(shè)計開題報告各項容要實事，逐條認(rèn)真填寫。其中的文字表達(dá)要明確、嚴(yán)謹(jǐn)，語言通順，外來語要同時用原文和中文表達(dá)。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。4本報告中，由學(xué)生本人撰寫的對課題和研究工作的分析及描述，應(yīng)不少于2000字，沒有經(jīng)過整理歸納，缺乏

2、個人見解僅僅從網(wǎng)上下載材料拼湊而成的開題報告按不合格論。5開題報告檢查原則上在第24周完成，各系完成畢業(yè)設(shè)計開題檢查后，應(yīng)寫一份開題情況總結(jié)報告。畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告學(xué)生 程嘯磊學(xué) 號 206101111專 業(yè) 電氣工程及其自動化指導(dǎo)教師王正齊職 稱講師所在系部電力工程學(xué)院課題來源自擬課題課題類型分析研究課題名稱永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)研究畢業(yè)設(shè)計的容和意義本次畢業(yè)設(shè)計的意義：工業(yè)自動化技術(shù)和裝備設(shè)計多個學(xué)科領(lǐng)域，其中所應(yīng)用的計算機(jī)相當(dāng)于人的大腦，負(fù)責(zé)對信息進(jìn)展數(shù)值計算、邏輯推理、決策判斷，并發(fā)出控制指令。這些控制命令代表著對自動化裝備運動規(guī)律的希望和要求，然而并不能單靠計算機(jī)自身去實現(xiàn)這

3、些命令。雖然計算機(jī)可以靈活、快速地發(fā)出任何命令，但是，因為其命令自身所攜帶的能量極為有限，并且沒有工具區(qū)執(zhí)行“大腦的一致實現(xiàn)運動。自動化裝備執(zhí)行計算機(jī)發(fā)出的運動命令，需要機(jī)電機(jī)構(gòu)來完成。接收控制命令，對控制信號運算操作，提高執(zhí)行能力，驅(qū)動執(zhí)行工具運動，完成特定任務(wù)，這就要用到電氣、氣動、液壓、機(jī)械等裝置。接收控制命令，產(chǎn)生動力，驅(qū)動機(jī)構(gòu)完成特定的運動，就是伺服系統(tǒng)的任務(wù)。因此可以說，伺服驅(qū)動裝置是工程自動化不可或缺的根本技術(shù)裝備。發(fā)電裝置經(jīng)過半個多世紀(jì)的開展，由于永磁材料的應(yīng)用，高頻大功率開關(guān)變流器的開展，由于永磁材料的應(yīng)用，高頻大功率開關(guān)變流器的開展，高性能微電子器件的普及，電機(jī)理論的成熟與

4、自動控制理論的最新進(jìn)展，傳感器技術(shù)的進(jìn)步，才使得當(dāng)代交流伺服電機(jī)和數(shù)字驅(qū)動技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的開展，到達(dá)了很高的水平，幾近完美。電動伺服技術(shù)因具有一系列優(yōu)點倍受重視。但時代在前進(jìn)，技術(shù)在進(jìn)步，要求愈來愈高，精益求精，永無止境?，F(xiàn)代交流伺服驅(qū)動裝置也不例外，對于體積、質(zhì)量、本錢與可靠性、靈活性、跟蹤的快速性、準(zhǔn)確性和抗擾動魯棒性等方面，也愛不斷追求新的高度和目標(biāo)。畢業(yè)設(shè)計的容和意義本次畢業(yè)設(shè)計的容：本課題研究了永磁同步電機(jī)的矢量控制系統(tǒng)設(shè)計主要設(shè)計局部有：第一局部：建立永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型第二局部：矢量控制根本思想第三局部：永磁同步電機(jī)矢量控制的Matlab實現(xiàn)第四局部：永磁同步電機(jī)矢量控制系

5、統(tǒng)數(shù)字化實現(xiàn)技術(shù)畢業(yè)設(shè)計應(yīng)完成的技術(shù)文件：建立永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)Matlab仿真模型建立永磁同步電機(jī)矢量控制數(shù)字控制系統(tǒng)提交畢業(yè)論文一份近年來，由于新材料、微處理器、電力電子器件的開展和控制技術(shù)的進(jìn)步，對永磁同步電動機(jī)向低本錢、全數(shù)字化、無速度傳感器化的開展產(chǎn)生了巨大的推動作用。本文從伺服系統(tǒng)工程實際出發(fā)，對永磁同步電動機(jī)矢量控制的全數(shù)字控制進(jìn)展探討，在系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計，控制策略作了相關(guān)的工作，并取得了預(yù)期的效果。通過對永磁同步電動機(jī)數(shù)學(xué)模型的分析，建立了永磁同步電動機(jī)的控制方案。主控制器采用了TI公司最先進(jìn)的控制電機(jī)專用DSP芯片TMS320F2812A，轉(zhuǎn)子位置信號和電機(jī)電流信號均

6、為數(shù)字信號，為最終實現(xiàn)全數(shù)字矢量控制算法提供了保證。文獻(xiàn)綜述永磁同步電機(jī)PMSM以其獨特的優(yōu)點大量應(yīng)用于高精度伺服系統(tǒng)。針對伺服用PMSM 的控制特點和要求，在分析其系統(tǒng)模型根底上，設(shè)計了以新型數(shù)字信號處理DSP芯片TMS320F28335 為核心，采用矢量控制方法的PMSM 速度伺服系統(tǒng)，較完整地闡述了交流電機(jī)矢量控制的實現(xiàn)方式，對伺服系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計進(jìn)展了詳細(xì)介紹。實驗說明該系統(tǒng)具有良好的響應(yīng)特性和控制精度。PMSM以其具有高轉(zhuǎn)矩慣量比、高功率密度、高效率等優(yōu)點已得到廣泛應(yīng)用，特別在數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等對精度和響應(yīng)特性要求較高的場合，PMSM 伺服系統(tǒng)的優(yōu)特別明顯1。近20 年來，隨

7、著電力電子器件、DSP 芯片和微處理器的飛速開展， 服控制系統(tǒng)能到達(dá)更高的精度提供了良好的實現(xiàn)根底2。但目前大局部伺服系統(tǒng)的控制芯片均為定點型DSP， 這些控制芯片存在編程相對復(fù)雜，執(zhí)行速度慢等一些缺乏。這里結(jié)合針對電機(jī)控制的最新型浮點型DSP 芯片TMS302F28335，使用智能功率模塊IPM、光電編碼器及電流傳感器等設(shè)計了PMSM 的矢量控制系統(tǒng)， 該系統(tǒng)具有構(gòu)造簡單，實現(xiàn)容易，運行速度快的特點。實驗說明， 以TMS302F28335 為核心的伺服系統(tǒng)控制精度高，響應(yīng)特性好。 在自控式同步電機(jī)變頻調(diào)速中，必須在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的同時，改變同步電機(jī)定子三相電流的頻率，使得定子磁動勢Fs跟隨轉(zhuǎn)子同步

8、旋轉(zhuǎn)，從而保持Fs與轉(zhuǎn)子磁動勢Fr的夾角根本不變，進(jìn)而保證電磁轉(zhuǎn)矩恒定，這是同步電機(jī)變頻調(diào)速的精華3。文獻(xiàn)綜述1971 年，德國學(xué)者F Blaschek 和Hases 提出了交流電動機(jī)矢量控制理論，其根本思想是：在普通三相交流電機(jī)的根底上，模擬直流電動機(jī)轉(zhuǎn)矩控制的規(guī)律。在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，定子電流矢量分解成與動子磁場一致的勵磁分量和與轉(zhuǎn)矩磁場方向正交的轉(zhuǎn)矩分量，使兩者相互垂直，彼此獨立，以到達(dá)解耦的效果，然后分別進(jìn)展控制4，實現(xiàn)同步電機(jī)變頻調(diào)速。傳統(tǒng)直流電動機(jī)由于具有良好的機(jī)械特性和簡單的控制方式,在伺服控制領(lǐng)域曾得到廣泛的應(yīng)用. 但是,機(jī)械換向器和電刷的存在,使得其可靠性和適用性大大降低.

9、 永磁同步電機(jī)作為一種新型的電機(jī),由于沒有電刷和換相器,因而提高了運行可靠性. 而且它還具有構(gòu)造簡單、體積小、損耗小、效率高等優(yōu)點5 - 9 . 但是,要充分發(fā)揮永磁同步電機(jī)這些優(yōu)點,就必須尋求適宜的控制方式。轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制方式是針對此類電機(jī)使用較為廣泛的一種控制方式. 其根本原理是通過坐標(biāo)變換, 在轉(zhuǎn)子磁場定向的同步坐標(biāo)系上對電機(jī)的磁場電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)展解耦控制, 使其具有和傳統(tǒng)直流電動機(jī)一樣的運行性能9 . 但在一般情況下,無法通過控制q軸電壓直接控制q軸電流、通過控制d 軸電壓直接控制d 軸電流10- 11 . 且當(dāng)電機(jī)的調(diào)速圍很寬時, 電阻、電抗參數(shù)對d 、q 軸電流的控制產(chǎn)生

10、較大誤差,從而影響控制精度和動態(tài)響應(yīng)速度. 本文針對該問題,以轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制理論為根底, 提出了一種新的改良矢量控制方式, 即在兩個電流環(huán)的輸出到給定的d 、q 軸電壓之間引入了考慮電阻分壓電勢和旋轉(zhuǎn)電勢的穿插耦合項, 使控制系統(tǒng)可按照d 、q 軸的電流給定準(zhǔn)確控制d 、q 軸電壓,從而滿足對不同參數(shù)電機(jī)在較寬的速度圍的高精度速度控制要求。文獻(xiàn)綜述參考文獻(xiàn)：1 伯時電力拖動自動控制系統(tǒng)M ：機(jī)械工業(yè)，2003。2 安太，峙飛，黃海.DSP 控制器原理及其在運動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用M.：清華大學(xué)，2003。3 華德， 交流調(diào)速系統(tǒng)M. ： 電子工業(yè)，2003.4 唐任遠(yuǎn)現(xiàn)代永磁電機(jī)理論與設(shè)計

11、M ： 機(jī)械工業(yè)版社，1997。 5 郭慶鼎,王成元,周美文,等. 直線交流伺服系統(tǒng)的精細(xì)控制M . :機(jī)械工業(yè),2000。 6 宜標(biāo),郭慶鼎. 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)給定補(bǔ)償?shù)慕涣饔来胖本€伺服系統(tǒng)滑?？刂?J . 電工技術(shù)學(xué)報,2002 。 7 宜標(biāo),郭慶鼎. 基于滑模和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的永磁直線伺服系統(tǒng)控制J . 工業(yè)大學(xué)學(xué)報。 8 郭宏,郭慶吉. 永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)J . 工業(yè)大學(xué)學(xué)報,1996。 9 旭春. 基于DSP 的磁場定向控制永磁同步電動機(jī)系統(tǒng)J . 中小型電機(jī),2002。10 Pillay P ,Schilleci J W. DSP controller for a permanentmag

12、net synchronous motor drive C . The Proceedingsof 1994 IEEE Creative Technology Transfer , 1994.11 Pillay P ,Allen C R. DSP2based vector and current contollers for a permanent magnet synchronous motordrive C . Conference Record of the 1990 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting , 1990.特色與創(chuàng)新本次課題研究主要講述的是永磁同步電機(jī)的矢量控制，同步電機(jī)是我們最為熟悉的。通過文獻(xiàn)我們可以更深的了解永磁同步電機(jī)，同步電機(jī)的矢量控制就可以通過周淵深的交直流調(diào)速系統(tǒng)與MATLAB仿真來實現(xiàn)。在做課題時可以有更多的方法以及途徑去實現(xiàn)同步電機(jī)矢量控制，這樣可以根據(jù)不同的或相似的結(jié)果來完善本次畢設(shè)。 當(dāng)然在完成畢設(shè)的前提就是熟悉文獻(xiàn)，對永磁同步電機(jī)矢量控制有較多的了解。也許我沒有過多的了解過，不過我相信因為本次畢設(shè)可以讓我更多的學(xué)習(xí)到同步電機(jī)的矢量控制，這是一次豐富我知識的時機(jī)，我一定會用心完本錢次畢業(yè)。畢業(yè)設(shè)計(論文)進(jìn)度方案(以周為單位)：起 止 日 期工