永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)研究報告-開題報告書

1、-. z工程學院畢業(yè)設計開題報告課 題 名 稱：永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)研究說 明1根據(jù)工程學院?畢業(yè)設計(論文)工作管理規(guī)定?，學生必須撰寫?畢業(yè)設計論文開題報告?，由指導教師簽署意見、教研室審查，系教學主任批準后實施。2開題報告是畢業(yè)設計論文辯論委員會對學生辯論資格審查的依據(jù)材料之一。學生應當在畢業(yè)設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)設計開題報告各項容要實事，逐條認真填寫。其中的文字表達要明確、嚴謹，語言通順，外來語要同時用原文和中文表達。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。4本報告中，由學生本人撰寫的對課題和研究工作的分析及描述，應不少于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)設計開題檢查后，應寫一份開題情況總結(jié)報告。畢業(yè)設計(論文)開題報告學生 程嘯磊學 號 206101111專 業(yè) 電氣工程及其自動化指導教師王正齊職 稱講師所在系部電力工程學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矢量控制系統(tǒng)研究畢業(yè)設計的容和意義本次畢業(yè)設計的意義：工業(yè)自動化技術和裝備設計多個學科領域，其中所應用的計算機相當于人的大腦，負責對信息進展數(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自身去實現(xiàn)這

3、些命令。雖然計算機可以靈活、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)行計算機發(fā)出的運動命令，需要機電機構(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，這就要用到電氣、氣動、液壓、機械等裝置。接收控制命令，產(chǎn)生動力，驅(qū)動機構(gòu)完成特定的運動，就是伺服系統(tǒng)的任務。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裝備。發(fā)電裝置經(jīng)過半個多世紀的開展，由于永磁材料的應用，高頻大功率開關變流器的開展，由于永磁材料的應用，高頻大功率開關變流器的開展，高性能微電子器件的普及，電機理論的成熟與

4、自動控制理論的最新進展，傳感器技術的進步，才使得當代交流伺服電機和數(shù)字驅(qū)動技術得到了突飛猛進的開展，到達了很高的水平，幾近完美。電動伺服技術因具有一系列優(yōu)點倍受重視。但時代在前進，技術在進步，要求愈來愈高，精益求精，永無止境。現(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。畢業(yè)設計的容和意義本次畢業(yè)設計的容：本課題研究了永磁同步電機的矢量控制系統(tǒng)設計主要設計局部有：第一局部：建立永磁同步電機的數(shù)學模型第二局部：矢量控制根本思想第三局部：永磁同步電機矢量控制的Matlab實現(xiàn)第四局部：永磁同步電機矢量控制系

5、統(tǒng)數(shù)字化實現(xiàn)技術畢業(yè)設計應完成的技術文件：建立永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)Matlab仿真模型建立永磁同步電機矢量控制數(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的進步，對永磁同步電動機向低本錢、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)，對永磁同步電動機矢量控制的全數(shù)字控制進展探討，在系統(tǒng)的軟、硬件設計，控制策略作了相關的工作，并取得了預期的效果。通過對永磁同步電動機數(shù)學模型的分析，建立了永磁同步電動機的控制方案。主控制器采用了TI公司最先進的控制電機專用DSP芯片TMS320F2812A，轉(zhuǎn)子位置信號和電機電流信號均

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。文獻綜述永磁同步電機PMSM以其獨特的優(yōu)點大量應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矢量控制的實現(xiàn)方式，對伺服系統(tǒng)的硬件及軟件設計進展了詳細介紹。實驗說明該系統(tǒng)具有良好的響應特性和控制精度。PMSM以其具有高轉(zhuǎn)矩慣量比、高功率密度、高效率等優(yōu)點已得到廣泛應用，特別在數(shù)控機床、工業(yè)機器人等對精度和響應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雜，執(zhí)行速度慢等一些缺乏。這里結(jié)合針對電機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，響應特性好。 在自控式同步電機變頻調(diào)速中，必須在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的同時，改變同步電機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，進而保證電磁轉(zhuǎn)矩恒定，這是同步電機變頻調(diào)速的精華3。文獻綜述1971 年，德國學者F Blaschek 和Hases 提出了交流電動機矢量控制理論，其根本思想是：在普通三相交流電機的根底上，模擬直流電動機轉(zhuǎn)矩控制的規(guī)律。在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)坐標系下，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，以到達解耦的效果，然后分別進展控制4，實現(xiàn)同步電機變頻調(diào)速。傳統(tǒng)直流電動機由于具有良好的機械特性和簡單的控制方式,在伺服控制領域曾得到廣泛的應用. 但是,機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、 永磁同步電機作為一種新型的電機,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使用較為廣泛的一種控制方式. 其根本原理是通過坐標變換, 在轉(zhuǎn)子磁場定向的同步坐標系上對電機的磁場電流和轉(zhuǎn)矩電流進展解耦控制, 使其具有和傳統(tǒng)直流電動機一樣的運行性能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 . 且當電機的調(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 軸的電流給定準確控制d 、q 軸電壓,從而滿足對不同參數(shù)電機在較寬的速度圍的高精度速度控制要求。文獻綜述參考文獻：1 伯時電力拖動自動控制系統(tǒng)M ：機械工業(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)中的應用M.：清華大學，2003。3 華德， 交流調(diào)速系統(tǒng)M. ： 電子工業(yè)，2003.4 唐任遠現(xiàn)代永磁電機理論與設計

11、M ： 機械工業(yè)版社，1997。 5 郭慶鼎,王成元,周美文,等. 直線交流伺服系統(tǒng)的精細控制M . :機械工業(yè),2000。 6 宜標,郭慶鼎. 基于神經(jīng)網(wǎng)絡給定補償?shù)慕涣饔来胖本€伺服系統(tǒng)滑模控制 J . 電工技術學報,2002 。 7 宜標,郭慶鼎. 基于滑模和神經(jīng)網(wǎng)絡的永磁直線伺服系統(tǒng)控制J . 工業(yè)大學學報。 8 郭宏,郭慶吉. 永磁同步電機伺服系統(tǒng)J . 工業(yè)大學學報,1996。 9 旭春. 基于DSP 的磁場定向控制永磁同步電動機系統(tǒng)J . 中小型電機,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的矢量控制，同步電機是我們最為熟悉的。通過文獻我們可以更深的了解永磁同步電機，同步電機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。 當然在完成畢設的前提就是熟悉文獻，對永磁同步電機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可以讓我更多的學習到同步電機的矢量控制，這是一次豐富我知識的時機，我一定會用心完本錢次畢業(yè)。畢業(yè)設計(論文)進度方案(以周為單位)：起 止 日 期工