開題報告-永磁同步電機

永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)關鍵問題及實驗研究主要內容1.課題背景及研究意義2.國內外研究現(xiàn)狀3.研究的主要內容4.關鍵技術5.研究方法6.技術方案7.預期目標8.創(chuàng)新點9.工作計劃2/221.本課題的背景及研究意義（1/2））(1)研究背景伺服系統(tǒng)是用來精確地跟隨或復現(xiàn)某個過程的反饋控制系統(tǒng)。其最初用于船舶的自動駕駛、火炮控制和指揮儀中，后來逐漸推廣到更多的領域，得到了越來越廣泛的應用。永磁同步電機具有功率密度大、效率高、體積小、重量輕、低速性能好、調速范圍寬以及運行可靠等優(yōu)點。調速系統(tǒng)作為伺服系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)，一直是國內外傳動領域的一個研究熱點。作為一種極具發(fā)展前景的節(jié)能環(huán)保型電機，已經廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、航空航天等多個領域，成為傳動系統(tǒng)的主流。3/22(2)研究意義1.本課題的背景及研究意義（2/2）性能對比矢量控制直接轉矩控制逆變器開關頻率高低轉矩脈動小大調速范圍較寬范圍有限低速性能好轉矩脈動嚴重電流畸變和諧波一般大系統(tǒng)的復雜度一般簡單參數(shù)的敏感度一般小啟動性能好，軟啟動較大，啟動沖擊大矢量控制和直接轉矩控制是調速系統(tǒng)中比較成熟的控制技術，在PMSM調速系統(tǒng)中，矢量控制是一種相對更好的控制技術。本課題采用矢量控制方案，此方案能夠實現(xiàn)電動機的解耦控制，控制簡單、獲得類似直流電機的調速性能。4/222.國內外研究現(xiàn)狀（1/3）120世紀80年代已經進入實用階段2到達90年代以后，其技術已經趨于成熟3全數(shù)字控發(fā)展至今，永磁同步電機已經被廣泛應用，特別是在高性能的電伺服系統(tǒng)中。典型生產廠家如德國西門子、美國科爾摩根和日本松下及安川等國外研究現(xiàn)狀5/221二十世紀八十年代開始，我國開始大量引進國外先進的交流電機控制技術。2國內的相關科研院所及各大高校紛紛投入時間和精力開始交流電機控制系統(tǒng)的研究，在交流電機控制技術的研究方面取得了較為豐碩的成果。近年來，我國在電機控制理論的研究上己經取得了巨大發(fā)展，與西方發(fā)達國家的差距也在不斷縮小。3但是與國外相比，在一些主要指標比如:控制精度、調速范圍以及怎樣解決惡劣環(huán)境對調速系統(tǒng)的影響等關鍵技術上，仍缺乏競爭力。國內研究現(xiàn)狀2.國內外研究現(xiàn)狀（2/3）6/22永磁同步電機的控制算法對比控制算法優(yōu)點缺點PI控制方法簡單，既能提高靜態(tài)精度，又能改善動態(tài)品質屬于線性的控制方法，適應負載能力差，抗干擾能力差，控制性能不夠穩(wěn)定滑模變結構控制不要求精確的數(shù)學模型，不受參數(shù)變化和外部擾動的影響；由于慣性，時間延遲等因素，存在抖振現(xiàn)象自適應控制無需精確的控制對象，無需進行參數(shù)估計在線辨識和校正的時間比較長，對一些變化較快的伺服系統(tǒng)，達不到理想控制效果模糊控制無需精確數(shù)學模型，魯棒性強，適用于解決非線性，時變系統(tǒng)的問題難以達到較高的控制精度，其本身很難消除穩(wěn)態(tài)誤差神經網絡控制可以很好改善控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性；算法很復雜，多用于仿真實驗2.國內外研究現(xiàn)狀（3/3）7/22[1]王鑫,李偉力,程樹康.永磁同步電動機發(fā)展展望[J].微電機,2007,05:69-72.[2]姜飛榮.永磁同步電機伺服控制系統(tǒng)研究[D].浙江大學,2006.[3]李靜，程小華.永磁同步電機的發(fā)展趨勢[J].防爆電機，2009,(OS):1-4[4]趙光宙，劉棟梁.交流伺服系統(tǒng)及其控制策略綜述[J].電氣時代，2006,(2):38-41[5]劉軍，俞金壽.永磁同步電機控制策略.上海電機學院學報，2007，10(3).[6]王豐堯.滑模變結構控制[M].北京:機械工業(yè)出版，1995.[7]王慶龍,張興,張崇巍.永磁同步電機矢量控制雙滑模模型參考自適應系統(tǒng)轉速辨識[J].中國電機工程學報,2014,06:897-902.[8]MohamedAS,ZakyMS,AshrafSZ,etal.ComparativestudyofsensorlesscontrolmethodsofPMSMdrives.InnovativeSystemsDesignandEngineering.2011[9]ZhaoweiQiao,TingnaShi,YindongWang,YanYan,ChangliangXia,XiangningHe.NewSliding-ModeObserverforPositionSensorlessControlofPermanent-MagnetSynchronousMotor.IndustrialElectronics,IEEETransactionson.2013[10]王子輝,陸凱元,葉云岳.基于改進的脈沖電壓注入永磁同步電機轉子初始位置檢測方法[J].中國電機工程學報,2011,36:95-101.[11]何棟煒,彭俠夫,蔣學程,周結華.內置式永磁同步電機轉子初始位置估計方法[J].電機與控制學報,2013,03:49-55.8/22[12]Ying-ShiehKung,Pin-GingHuang.HighperformancepositioncontrollerforPMSMdrivesbasedonTMS320F2812DSP.Control,2004.Proceedingsofthe2004IEEEInternationalConferenceon.[13]丁碩,崔總澤,巫慶輝,常曉恒,胡慶功.基于SVPWM的永磁同步電機矢量控制仿真研究[J].國外電子測量技術,2014,06:81-85.[14]王春民,嵇艷鞠,欒卉,張智恩.MATLAB/SIMULINK永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)仿真[J].吉林大學學報(信息科學版),2009,01:17-22.[15]TexasInstruments.TMS320F2810,TMS320F2812DigitalSignalProcessorsDataManual..2003[16]梅國權.永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)的研究與設計[D].南京理工大學2013.[17]蔣家強,曹建福.永磁同步電機矢量控制及其仿真研究[J].電氣開關,2011,04:51-53.[18]陳高,楊家強.基于TMS320F28335的永磁同步電機數(shù)字化矢量控制器設計[J].機電工程,2011,09:1090-1094.[19]廖勇,沈朗,姚駿,劉刃.改進的面貼式永磁同步電機轉子初始位置檢測[J].電機與控制學報,2009,02:203-207..[20]XuD,TWang,HWei.ADigitalHighPerformancePMSMServoSystemBasedonDSPandFPGA.ProceedingsofInternationalConferenceonIndustrialElectronicsandApplication.20119/223.主要研究內容(1)系統(tǒng)框圖10/22逆變器的控制方式采用SVPWM控制方式代替電流滯環(huán)蹤控制矢量控制方式的選取尋找合適的PMSM矢量控制方式，分析原理，數(shù)學建模轉子初始磁極位置的檢測選取一種簡單，有效的在零速準確檢測磁極位置方案搭建實驗平臺基于DSP對PMSM矢量控制系統(tǒng)進行硬件設計和軟件設計(2)研究內容11/224.關鍵技術使用SVPWM代替電流滯環(huán)跟蹤控制，增設電流內環(huán)，設計電流調節(jié)器轉子磁極初始位置的檢測12/225.研究方法對PMSM的動態(tài)數(shù)學模型進行分析，掌握PMSM矢量控制的基本原理、系統(tǒng)結構和實現(xiàn)方法利用MATLAB軟件中Simulink仿真模塊對矢量控制系統(tǒng)進行仿真、比較、分析及優(yōu)化改進搭建硬件與數(shù)字實驗平臺，進行實驗探索及驗證13/226.技術方案(1/5)PMSM矢量控制方式的選取控制方式優(yōu)點缺點電機的輸出轉矩與交軸電流成正比，控制相對比較簡單，轉矩性能好，可以獲得很寬的調速范圍，適用于高性能的數(shù)控機床、機器人等場合電機運行功率因數(shù)低，電機和逆變器容量不能充分利用

控制交、直軸電流分量，保持PMSM的功率因數(shù)為1，可以充分利用逆變器的容量輸出的最大轉矩較小最大轉矩/電流比控制減小電機銅耗，提高運行效率，逆變器所需輸出的電流較小，對逆變器的容量要求可相對低運算復雜，實時控制時計算量大14/22控制方程和系統(tǒng)框圖電流控制型逆變器，按轉子磁鏈定向的控制方程:控制方程中存在耦合項，使得定子電流轉矩分量和勵磁分量不能夠由電壓獨立控制,采用反饋解耦控制,達到解耦目的。6.技術方案(2/5)15/22系統(tǒng)控制結構框圖設計定子電流勵磁分量和轉矩分量的電流環(huán)和相應調節(jié)器，采用SVPWM控制逆變器6.技術方案(3/5)16/22在未知轉子初始位置的情況下，可以給定子通直流電，產生恒定的磁場，這樣就可以把轉子拉到指定的位置，此時就可以確定轉子的初始位置。通直流電產生恒定磁場通直流法6.技術方案(4/5)17/22硬件框圖6.技術方案(5/5)18/227.預期目標增設電流內環(huán)，采用SVPWM控制逆變器獲得較好的輸出電壓波形、有效抑制電流波動和轉矩脈動在零速時轉子磁極位置可以準確定位，使電機平穩(wěn)啟動搭建實驗平臺，得到初步實驗結果公開在國內外學術刊物上發(fā)表學術論文1篇19/228.創(chuàng)新點在零速時轉子磁極位置可以準確定位，使電機平滑啟動研究改進傳統(tǒng)矢量控制方案，用SVPWM代替電流滯環(huán)跟蹤控制20/229.工作計劃2016年08月——10月檢索及閱讀相關文獻，準備開題報告