開題報告-永磁同步電機(jī)

永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)關(guān)鍵問題及實驗研究主要內(nèi)容1.課題背景及研究意義2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀3.研究的主要內(nèi)容4.關(guān)鍵技術(shù)5.研究方法6.技術(shù)方案7.預(yù)期目標(biāo)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(fù)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(lǐng)域，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。永磁同步電機(jī)具有功率密度大、效率高、體積小、重量輕、低速性能好、調(diào)速范圍寬以及運(yùn)行可靠等優(yōu)點。調(diào)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(nèi)外傳動領(lǐng)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(jī)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航空航天等多個領(lǐng)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(zhuǎn)矩控制逆變器開關(guān)頻率高低轉(zhuǎn)矩脈動小大調(diào)速范圍較寬范圍有限低速性能好轉(zhuǎn)矩脈動嚴(yán)重電流畸變和諧波一般大系統(tǒng)的復(fù)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(zhuǎn)矩控制是調(diào)速系統(tǒng)中比較成熟的控制技術(shù)，在PMSM調(diào)速系統(tǒng)中，矢量控制是一種相對更好的控制技術(shù)。本課題采用矢量控制方案，此方案能夠?qū)崿F(xiàn)電動機(jī)的解耦控制，控制簡單、獲得類似直流電機(jī)的調(diào)速性能。4/222.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀（1/3）120世紀(jì)80年代已經(jīng)進(jìn)入實用階段2到達(dá)90年代以后，其技術(shù)已經(jīng)趨于成熟3全數(shù)字控發(fā)展至今，永磁同步電機(jī)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，特別是在高性能的電伺服系統(tǒng)中。典型生產(chǎn)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(jì)八十年代開始，我國開始大量引進(jìn)國外先進(jìn)的交流電機(jī)控制技術(shù)。2國內(nèi)的相關(guān)科研院所及各大高校紛紛投入時間和精力開始交流電機(jī)控制系統(tǒng)的研究，在交流電機(jī)控制技術(shù)的研究方面取得了較為豐碩的成果。近年來，我國在電機(jī)控制理論的研究上己經(jīng)取得了巨大發(fā)展，與西方發(fā)達(dá)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(biāo)比如:控制精度、調(diào)速范圍以及怎樣解決惡劣環(huán)境對調(diào)速系統(tǒng)的影響等關(guān)鍵技術(shù)上，仍缺乏競爭力。國內(nèi)研究現(xiàn)狀2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀（2/3）6/22永磁同步電機(jī)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(zhì)屬于線性的控制方法，適應(yīng)負(fù)載能力差，抗干擾能力差，控制性能不夠穩(wěn)定滑模變結(jié)構(gòu)控制不要求精確的數(shù)學(xué)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(yīng)控制無需精確的控制對象，無需進(jìn)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(dá)不到理想控制效果模糊控制無需精確數(shù)學(xué)模型，魯棒性強(qiáng)，適用于解決非線性，時變系統(tǒng)的問題難以達(dá)到較高的控制精度，其本身很難消除穩(wěn)態(tài)誤差神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(fù)雜，多用于仿真實驗2.國內(nèi)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(jī)發(fā)展展望[J].微電機(jī),2007,05:69-72.[2]姜飛榮.永磁同步電機(jī)伺服控制系統(tǒng)研究[D].浙江大學(xué),2006.[3]李靜，程小華.永磁同步電機(jī)的發(fā)展趨勢[J].防爆電機(jī)，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(jī)控制策略.上海電機(jī)學(xué)院學(xué)報，2007，10(3).[6]王豐堯.滑模變結(jié)構(gòu)控制[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版，1995.[7]王慶龍,張興,張崇巍.永磁同步電機(jī)矢量控制雙滑模模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速辨識[J].中國電機(jī)工程學(xué)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(jìn)的脈沖電壓注入永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置檢測方法[J].中國電機(jī)工程學(xué)報,2011,36:95-101.[11]何棟煒,彭俠夫,蔣學(xué)程,周結(jié)華.內(nèi)置式永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置估計方法[J].電機(jī)與控制學(xué)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(jī)矢量控制仿真研究[J].國外電子測量技術(shù),2014,06:81-85.[14]王春民,嵇艷鞠,欒卉,張智恩.MATLAB/SIMULINK永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真[J].吉林大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版),2009,01:17-22.[15]TexasInstruments.TMS320F2810,TMS320F2812DigitalSignalProcessorsDataManual..2003[16]梅國權(quán).永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D].南京理工大學(xué)2013.[17]蔣家強(qiáng),曹建福.永磁同步電機(jī)矢量控制及其仿真研究[J].電氣開關(guān),2011,04:51-53.[18]陳高,楊家強(qiáng).基于TMS320F28335的永磁同步電機(jī)數(shù)字化矢量控制器設(shè)計[J].機(jī)電工程,2011,09:1090-1094.[19]廖勇,沈朗,姚駿,劉刃.改進(jìn)的面貼式永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置檢測[J].電機(jī)與控制學(xué)報,2009,02:203-207..[20]XuD,TWang,HWei.ADigitalHighPerformancePMSMServoSystemBasedonDSPandFPGA.ProceedingsofInternationalConferenceonIndustrialElectronicsandApplication.20119/223.主要研究內(nèi)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(xué)建模轉(zhuǎn)子初始磁極位置的檢測選取一種簡單，有效的在零速準(zhǔn)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(jìn)行硬件設(shè)計和軟件設(shè)計(2)研究內(nèi)容11/224.關(guān)鍵技術(shù)使用SVPWM代替電流滯環(huán)跟蹤控制，增設(shè)電流內(nèi)環(huán)，設(shè)計電流調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)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(xué)模型進(jìn)行分析，掌握PMSM矢量控制的基本原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(jìn)行仿真、比較、分析及優(yōu)化改進(jìn)搭建硬件與數(shù)字實驗平臺，進(jìn)行實驗探索及驗證13/226.技術(shù)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(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與交軸電流成正比，控制相對比較簡單，轉(zhuǎn)矩性能好，可以獲得很寬的調(diào)速范圍，適用于高性能的數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等場合電機(jī)運(yùn)行功率因數(shù)低，電機(jī)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(zhuǎn)矩較小最大轉(zhuǎn)矩/電流比控制減小電機(jī)銅耗，提高運(yùn)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(yùn)算復(fù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(dá)到解耦目的。6.技術(shù)方案(2/5)15/22系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計定子電流勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量的電流環(huán)和相應(yīng)調(diào)節(jié)器，采用SVPWM控制逆變器6.技術(shù)方案(3/5)16/22在未知轉(zhuǎn)子初始位置的情況下，可以給定子通直流電，產(chǎn)生恒定的磁場，這樣就可以把轉(zhuǎn)子拉到指定的位置，此時就可以確定轉(zhuǎn)子的初始位置。通直流電產(chǎn)生恒定磁場通直流法6.技術(shù)方案(4/5)17/22硬件框圖6.技術(shù)方案(5/5)18/227.預(yù)期目標(biāo)增設(shè)電流內(nèi)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(zhuǎn)矩脈動在零速時轉(zhuǎn)子磁極位置可以準(zhǔn)確定位，使電機(jī)平穩(wěn)啟動搭建實驗平臺，得到初步實驗結(jié)果公開在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)論文1篇19/228.創(chuàng)新點在零速時轉(zhuǎn)子磁極位置可以準(zhǔn)確定位，使電機(jī)平滑啟動研究改進(jìn)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(guān)文獻(xiàn)，準(zhǔn)備開題報告