【正文】 在此感謝周豐群院長、李闊湖 老師、王化冰老師、 薛亞許 老師 、張曉朋老師 的指導(dǎo)和幫助，沒有他們的幫助和支持是沒有辦法完成我的論文的。本 論文從選題到完成，每一步都是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的，傾注了導(dǎo)師大量的心血。導(dǎo)師淵博的專業(yè)知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠(yuǎn)。 理論分 析、仿真和試驗(yàn)對比研究 永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng) ， 表明 實(shí)時檢測并利用檢測信號 ，才能保證電機(jī)的更好 運(yùn)行 。交軸實(shí)際電流始終跟蹤交軸給定電流見圖(411),且啟動過程中和突加負(fù)載時 , 兩者變化幅度較 大 ， 而穩(wěn)定時兩者都基本恒定 ，穩(wěn)態(tài)時電磁力矩恒定見圖 (410)， 以便平衡外加負(fù)載 ， 速度穩(wěn)定時三相定子電流為規(guī)整的正弦流 ， 且相位依次相差約 120? 。 m， 見圖 (47) 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計 永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)信號檢測 15 圖 47 外加負(fù)載曲線 由上述仿真結(jié)果可知 ， 普通三相永磁同步電機(jī)采用基于轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制方案 ， 且速度外環(huán)采用 PI控制時 ， 速度響應(yīng)過程中有一定超調(diào)見圖 (48) 。 圖 41 永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng) 根據(jù) 永磁同步電機(jī) 數(shù)學(xué)模型用 Simulink建立了 永磁同步電機(jī) 的模塊如圖 42所示： 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計 永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)信號檢測 13 圖 42 永磁同步電機(jī)模塊 三相 永磁同步電機(jī)矢量控制 仿真框圖如圖 43所示： 圖 43 三相 永磁同步電機(jī)矢量控制 仿真框圖 圖 44電流滯環(huán)控制模塊 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計 永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)信號檢測 14 圖 45 PWM模塊實(shí)現(xiàn)框圖 圖 46 dq2abc模塊實(shí)現(xiàn)框圖 仿真中用到的電機(jī)參數(shù)如下 ： 定子電阻為 2． 875 ， ,定子直軸電感和交軸電感都為， 永磁磁極與定子繞組交鏈的磁鏈為 Wb , 轉(zhuǎn)動慣量 , 極 對數(shù) 6， 給定轉(zhuǎn)速為 r? =500rad／ s， 在 t= ， 負(fù)載轉(zhuǎn)矩由 O N變換后得到靜止坐標(biāo)系的電壓控制量(u? 、 u? )， 最后采用空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù) (SVPWM)輸出 PWM信號去控制電壓源逆變器 (VSI)向永磁電機(jī)供電。由于矢 量控制的思想是 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計 永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)信號檢測 12 控制轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系上的定子電流分量 ( di 、qi)，所以需要轉(zhuǎn)子位置信號 ? 以供坐標(biāo)變換所需，同時也可據(jù)此計算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此轉(zhuǎn)子位置信號檢測電路是系統(tǒng)的一個關(guān)鍵部分。定時器 T2在計數(shù)器下溢或 E溢時發(fā)生翻轉(zhuǎn)，并重新 開 始計數(shù)。轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，基準(zhǔn)值就被重新定義一次，這樣可以避免因 A、 B兩相信號的丟失或外界的干擾而引起 的位置磁極位置的誤差，保證了轉(zhuǎn)角計算的準(zhǔn)確性。 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計 永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)信號檢測 11 圖 37 QEP的硬件連接 在本系 統(tǒng)中，利用 F2407的 QEP單元檢測兩列正交解碼輸入脈沖的兩個邊沿實(shí)現(xiàn)碼盤輸出信號的四倍頻，并且利用通用定時器 T2作為 QEP電路的時間基準(zhǔn)對脈沖進(jìn)行計數(shù)，通過 T2的計數(shù)就可以知道轉(zhuǎn)子磁極的相對位置。而且 F2407具有功能強(qiáng)大的通用定時器完成對脈沖信號的計數(shù)。 TMS320F2407具有其特殊功能模塊一正交解碼 (QEP)電路和捕獲單元，它們可以直接與光電編碼器相連，用于轉(zhuǎn)速檢測。 永磁同步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)，為了提高控制系統(tǒng)的精度轉(zhuǎn)速檢測器可采用增量式光電編碼 ， 從光電編碼器中輸出的 A、 B信號是 2個互差 90? 的脈沖序列，從這 2個信號能計算出電動機(jī)速 度和轉(zhuǎn)動方向。旋變的特點(diǎn)之一是：定子繞組輸出的端電壓含有轉(zhuǎn)子位置的絕對位置信息，因此經(jīng)過高頻信號的解調(diào)后即可獲得轉(zhuǎn)子絕對位置。 13 sin 2 c osS S me ku ft??? ? ﹙ 31﹚ 24 sin 2 sinS S me ku f??? ? ﹙ 32﹚ 式中， k為變壓器的變比。工作時對 1R 、 2R 繞組施加高頻交流電壓，在旋 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計 永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)信號檢測 9 變內(nèi)部產(chǎn)生高頻脈振磁場；當(dāng)轉(zhuǎn)子隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，脈振磁場也會隨之旋轉(zhuǎn)，從而在 定子部分繞組兩端感應(yīng)出脈振電勢；由于二相定子繞組位置垂直，使得二相定子繞組感應(yīng)電勢相差 90? 。輸出繞組電壓幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角一般為正余弦函數(shù)關(guān)系，或保持某一比例關(guān)系，因此可以用于坐標(biāo)變換、三角運(yùn)算和角度數(shù)據(jù)傳輸。 旋轉(zhuǎn)變壓器簡稱旋變，包括激磁繞組 與輸出繞組兩個部分。若轉(zhuǎn)子初始位置檢測失誤，會嚴(yán)重影響到以后對轉(zhuǎn)子位置的計算，以致無法正確完成關(guān)于電機(jī)控制的其他一系列算法，將造成電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的紊亂并使之無法進(jìn)入正常的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 。本系統(tǒng)選用的是型號為 HCNR200 線性光耦。濾波后的電壓為 ～ +，經(jīng)過 的參考電壓源LM185 偏置后再進(jìn)行放大即可得到 0～ +3V 電壓。 圖 34 電壓檢測電路原理 把電阻接成 Y 型網(wǎng)絡(luò)來模擬交 流感應(yīng)電機(jī)的三相繞組，通過測量 Y 型電阻上的電壓來獲得交流感應(yīng)電機(jī)的三相電壓。電壓傳感器檢 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計 永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)信號檢測 8 測法的檢測性能優(yōu)良，然而成本太貴；考慮實(shí)際情況，本系統(tǒng)采用第一種方法。這兩個采集量采用雙路同時轉(zhuǎn)換，以增加轉(zhuǎn)換次數(shù)，并且 將同一時刻多次轉(zhuǎn)換結(jié)果存于寄存器求其平均值，以達(dá)到提高轉(zhuǎn)換精確度的要求。lv的電壓信號。此信號與集成在 TMS320F2407內(nèi)的 A/D轉(zhuǎn)換器外引腳相連接，進(jìn)入 DSP中進(jìn)行運(yùn)算處理。本系統(tǒng)中由主回路通過電流傳感器檢測電機(jī) A、 B兩相電流，分別經(jīng)線性廣耦隔離器 HCPL7800進(jìn)行隔離，用采樣電阻將電流信號變?yōu)殡妷盒盘?，再?jīng)運(yùn)放進(jìn)行放大，通過選取合適的參數(shù)和增益使得CA3140的輸出電壓控制在 177。外環(huán)速度環(huán)產(chǎn)生了定子電流的參考值 ， 內(nèi)環(huán)電流環(huán)得到實(shí)際控制信號 ， 從而構(gòu)成一個完整的速度矢量雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。將它們轉(zhuǎn)換到 d， q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，再將 d， q坐標(biāo)系中的電流信號與它們的sqrefi和sdrefi相比較，其中sdrefi=0，通過 PI控制器獲得理想的控制量。利用轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，通過速度 PI控制器計算得到定子電流 ai ,bi 的參考輸入 sqrefi 和 sdrefi 。圖 31表明，這是一個電流內(nèi)環(huán)、轉(zhuǎn)速外環(huán)的雙閉環(huán) 控制系統(tǒng)。在插入式和內(nèi)裝式的 PMSM中，由于轉(zhuǎn)子磁路一般不對稱，所以在大多數(shù)情況下都有 qdLL? ；而在面裝式的 PMSM 中，由于轉(zhuǎn)子磁路對稱導(dǎo)致qdLL? ， 所以其磁阻轉(zhuǎn)矩為零 ，從而其電磁轉(zhuǎn)矩方程只包括第一項永磁轉(zhuǎn)矩，因此式(28)可化為 32em p f qT n i?? ﹙ 210﹚ 3 矢量控制系統(tǒng)的工作原理 、 信號檢測 圖示 31出采用轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制系統(tǒng)原理框圖。 在 dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模 型如下 電壓方程 q q q q d d p f ptdU R i L i L i n nd ? ? ?? ? ? ? ﹙ 24﹚ d d d d q q ptdU R i L i L i nd ?? ? ?