永磁同步电动机弱磁调速控制方法的研究.pdf

1、天津大学硕士学位论文永磁同步电动机弱磁调速控制方法的研究姓名：张鹏申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：夏超英20070601中文摘要中文摘要由于永磁同步电动机(P M s M)具有体积小、功率密度高、效率和功率因数高等明显优点，目前在电动汽车驱动系统中具有较高的应用价值，国内外学者在这方面的研究取得了不少成果。同时，伴随着电力电子器件和高速微控制器的发展，永磁同步电动机的控制理论研究和实践应用不断完善和提高，永磁同步电动机驱动系统将会有更广泛的应用前景。本文在阅读大量文献的基础上，熟悉了永磁同步电动机砌轴数学模型和矢量控制系统，针对其弱磁控制，从转子磁场定向和气隙磁场定向两个方

2、面进行了系统的分析和研究，并对驱动系统的控制器进行了仿真和设计。同时，对P M S M基速以上弱磁控制时存在的电流调节器饱和、不可控问题，设计了带电压外环控制的电流超前角弱磁控制方法，实现了基速以下恒转矩调速和基速以上恒功率弱磁控制，以及两种工作模式的平滑、稳定过渡。本文的主要内容包括：首先，在永磁同步电动机砌轴数学模型的基础上，分析了永磁同步电动机弱磁控制的原理，讨论了凸极率P 和弱磁率善对P M S M弱磁特性的影响，设计了P M S M 超前角弱磁控制方法，同时，对P M S M 气隙磁场定向的弱磁控制进行了分析，给出了系统控制原理图；在理论分析的基础上，利用M A T L A B S

3、I M U L I N K 对设计的P M S M 超前角弱磁控制方法进行了仿真验证；最后，简单介绍了基于D S P 的数字控制系统的实现，针对P M S M 超前角弱磁控制系统提出了双模式软件设计思想，并给出了部分程序流程图。关键词：永磁同步电动机(P M S M)弱磁控制电流超前角气隙磁场定向控制A B S T R A C TA B S T R A C TP e r m a n e n tM a n e tS y n c h r o n o u sM o t o r(P M S M)h a sm a n ya d v a n t a g e si nt h em o t o rd r i

4、v i n gs y s t e mo fe l e c t r i c a lv e h i c l eb e c a u s eo fi t se x c e l l e n tp e r f o r m a n c e，s u c ha ss m a l lc u b a g e，g r e a tp o w e rd e n s i t ya n dh i g he f f i c i e n c y W i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ep o w e re l e c t r o n i c sa p p a r a t u sa n d

5、h i g h s p e e dm i c r o-p r o c e s s o r,c o n t r o lt h e o r ya n di n d u s t r i a la p p l i c a t i o n so fP M S Mh a v eg r a d u a l l yi m p r o v e d T h ed r i v i n gs y s t e mo fP M S Mw i l lh a v eaw o n d e r f u lf u t u r ei nm a n yd o m a i n s B a s e dO ns t u d y i n gm

6、 a n yk i n d so fr e f e r e n c e s，w eg r a s pt h ev e c t o rc o n t r o lt h e o r yo fP M S M T h er e s e a r c ho nt h ef l u x w e a k e n i n gc o n t r o li sm a d ef r o mt w oa s p e c t s：r o t o rf l u xo r i e n t a t i o na n da i r-g a pf l u xo r i e n t a t i o n T h e n，an o v

7、e lf l u x w e a k e n i n gc o n t r o lm e t h o df o rt h eP M S Mi sp r o p o s e d I ti si m p l e m e n t e db a s e do nt h eo u t e rv o l t a g er e g u l a t i o nl o o pw h i c hr e g u l a t e st h ep h a s ea n g l eo fc u r r e n tl e a d i n gE M Fi no r d e rt op r e v e n tt h es a

8、t u r a t i o na n du n c o n t r o l l a b l es t a t u so ft h ec u r r e n tr e g u l a t o r T h i sf l u x-w e a k e n i n gs c h e m er e a l i z e sc o n s t a n tt o r q u eo p e r a t i o nb e l o wb a s e d-s p e e da n dc o n s t a n tp o w e rf l u x w e a k e n i n go p e r a t i o na b

9、 o v eb a s e d-s p e e d,g u a r a n t e e sc o r r e c tc u r r e n tr e g u l a t i o nu n d e ra n yo p e r a t i o nc o n d i t i o n，a n da c h i e v e ss m o o t ha n df a s tt r a n s i t i o ni n t oa n do u to ft h ef l u xw e a k e n i n gm o d e T h em a i nc o n t e n t so ft h i st h e

10、 s i sa r e 嬲f o l l o w s：f i r s t l y,b a s e do nt h e 由m a t h e m a t i c a lm o d e lo ft h eP M S M，t h i sd i s s e r t a t i o na n a l y z e st h ep r i n c i p l eo ft h ef l u x-w e a k e n i n ga n dd i s c u s s e st h ei m p a c to ft h e s a l i e n c yr a t i o(P)a n df l u x-w e a

11、 k e n i n gr a t i o(善)o nt h ef l u x w e a k e n i n gp e r f o r m a n c e s，t h e np r e s e n t san e wm e t h o dw h i c hc a l l e dc u r r e n tl e a da n g l ef l u x-w e a k e n i n gc o n t r o lf o rP M S Mb a s e do nP Ic u r r e n tr e g u l a t o r F u r t h e r m o r e，i nt h i st h

12、 e s i st h ea i r-g a pf l u xo r i e n t a t i o nf o rf l u x-w e a k e n i n gc o n t r o li sa n a l y z e da n dab l o c kd i a g r a mo ft h ec o n t r o ls y s t e mi sg i v e n S e c o n d l y,b yu s i n gt h ee m u l a t o rt o o l so fM A T L A B S I M U L I N K,t h er e s u l t so fs i m

13、 u l a t i o n si n d i c a t et h ef e a s i b i l i t ya n dv a l i d i t yo ft h i sn e ws c h e m e F i n a l l y,t h ed i g i t a lc o n t r o ls y s t e mb a s e do nD S Po fT M S 3 2 0 L F 2 4 0 7i si n t r o d u c e d I na d d i t i o nt h es o f t w a r ei sb r o u g h tf o r w a r da b o u

14、 tc u r r e n tl e a da n g l ef l u x-w e a k e n i n gc o n t r o lf o rP M S Ma n ds o m ef l o wc h a r t sa r ea l s op r e s e n t e d K E YW O R D S P e r m a n e n tM a g n e tS y n c h r o n o u sM o t o r,F l u x w e a k e n i n gC o n t r o l，C u r r e n tl e a da n g l e，A i r-g a pF l u

15、 xO r i e n t a t i o n独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤鲞盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：歇觞签字同期：卫口0 7 年多月f 7 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解鑫鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权鑫鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存

16、、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：孤硝翩签寄：1 匙趸签字同期：乒。叶午6 月1 7E l签字日期：翻节年占月侈E l第一章绪论1 1 课题的提出第一章绪论随着世界人口的增加和经济的发展，汽车的数量急剧上升，预计在5 0 年之内，全球的汽车将增 l l I!l2 亿5 千万辆。如果这些汽车都采用燃油提供动力，将需要大量的燃油供应，并会对自然环境造成巨大的污染。因此世界各国都致力于新能源的开发和研究，以应付巨大的能源需求，缓解环境的污染【l】【2 1。电动汽车具有节约石油资源、减少大气污染等优势，是汽车工业解决能源危机和环境污染这两大突出难题的重要途径，有着广阔的应用前景和巨大的发展空间。电动汽车主要由3 个子系统组成【3】【4】：电气驱动系统、能源系统和辅助系统。其中，电气驱动系统作为电动汽车的核心，其性能和效率的好坏直接影响到电动汽车的整体效率，因此，如何提高和改善电气驱动系统的性能对电动汽车的发展有着十分重要的研究意义和应用价值。电动汽车对于驱动系统的基本要求是【5】：低速时能输出大的