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1、河北工业大学硕士学位论文I定子电流定向控制及其运动特性的研究摘 要定子电流定向控制及其运动特性的研究摘 要随着现代科技的进步，近几十年来，微电子技术、计算机技术以及电力电子技术的飞速发展为交流电气传动控制的进步提供了技术保障；而控制理沦的发展则为人们制定先进的交流异步电机控制策略提供了理论依据。按转子磁链定向的矢量控制和按定子磁链定向的直接转矩控制的广泛应用，使交流传动控制系统逐步占主导地位。矢量控制和直接转矩控制的核心是控制磁链，然而对于交流电机而言定、转子磁链都是中间量，真正决定异步机性能的是定子磁势（电流） 。本文抛开这些控制中间量直接控制定子电流，提出定子电流定向控制策略。定子电流定向
2、控制系统吸取转差频率控制同步角度的求解方法确定定子电流 d 轴分量的旋转角度；遵循矢量控制的思想，将定子电流分解为两相分别进行控制；借鉴直接转矩控制中的以改变角度为主要手段来实现转矩阶跃变化的方法。 在控制过程中同时调整其定子电流的幅值和位置， 不刻意追求磁链幅值的恒定，和电流转矩一样在限制最大值的前提下，动态调整磁链，实现了转矩的快速响应，提高了系统效率。本论文在电流定向控制理论的指导下，设计了基于单结构电流模型的控制系统结构，以定子电流为控制对象，分析了定子电流定向控制的转矩特性。针对 PMSM 的研究现状， 在分析 PMSM 的结构、 种类、 和磁路特性的基础上， 推导出 PMSM定子电
3、流定向控制的理论基础，并且在低速运行的状态下进行系统仿真研究。利用 TI 公司生产的 TMS320LF2407A 芯片设计了永磁同步电动机位置控制系统的硬件电路，通过仿真和实验证明，定子电流定向控制带大惯性负载的控制优势。关键词关键词：定子电流定向,磁链定向,永磁同步电机,TMS320LF2407A定子电流定向控制及其运动特性的研究IIRESEARCH ON ORIENTATION CONTROLSTRATEGY AND MOTION CHARACTRRISTICS OFAC MOTORABSTRACTWith modern scientific and technological progr
4、ess, in recent decades, the rapid development of microelectronics technology, computer technology and power electronics provides technical support for the progress of AC electric drive control, and control theory development provides a theoretical basis for people to develop advanced AC motor contro
5、l strategy. the wide application of the rotor flux oriented vector control and the stator flux oriented direct torque control make AC drive control system dominate gradually. The key of VC and DTC is to control the flux linkage. Whereas, for the AC motor, the stator flux and rotor flux are both midd
6、le variables. What determines the performance of AC motor is stator magnetomotive force (current). In this paper, the stator current oriented control controls the stator current directly instead of those middle variables. The stator current oriented control system deduces the rotating angle of d- ax
7、es component of stator current by using the synchronized- angle solution of slip frequency control for reference. The stator current is disassembled into two parts to control respectively following the vector control theory. Torque step change is realized by using the main measure of changing angle
8、in DTC for reference. During the control period, the amplitude and position of stator current are regulated at the same time. The constant flux amplitude is never pursued painstakingly. Just the same as the current and torque control, regulate the flux linkage dynamically on the premise of maximum l
9、imitation and the fast torque response and high efficiency are got. In this paper, on the basis of current orientation control theory, the control system structure which is based on single- structure current model is established. Starting with stator current, analyse torque characteristic based on s
10、tator current orientation. Against PMSM research Status, on the basis of analysis the structure, types and characteristics of magnetic circuit of PMSM, we derive PMSM stator current orientation control theory basis, and carry out system simulation studies in low- speed operation. Using TMS320LF2407A
11、 chip of TI, we design hardware circuit of the PMSM position control system, simulation and experiment proved stator current orientation control of the inertial load advantages of control.KEY WORDS: stator current orientation, flux linkage orientation, permanent magnet synchronous motor, TMS320LF240
12、7A原创性声明娈 m _ ：“芒宜的 * 镕女tE 本 在导 r ，m 甜”EJ 作所m 目 麟喇潲燃燃j 戮瓣嬲黼僦燃鞍_ * ，均L 女十H m 日式标c 丰学n * 女崩t U H 们“ 责l4 m “ 。二1 。镕z * $ 。确H ：) “ 7c If 。关于学位论文版权使用授权的说明$ z 十 * l “En 大 芙I # 保# 使m ￥i n m t 。“r * m 8 篓2 4 m H 女十的口w $ 电T 乖f # 1 I i H 保# 学n 培f n _ 唰m _ 1 1o 粤+ 乘g 目、自m r n # f * # * 女f K n “m 口聂女 鬯謦挺 ：_ _ 木f
13、 H 沧t 女“齿r ；6 * 阅览w * ：学挂f ，“扯自* m 定m 订* J 凹o 谍2 鼍4 ”墨o ”f 版? _ _ 十H 赢d m H _ 。n “ * 、，枝u J u 1 姐i r 7 u j j “十r “ n # 于_ jJ 学术日d j n m 女_ * #nI#，删- j o 叮J f D：j o 盯I 口河北工业大学硕士学位论文1第一章第一章 绪论绪论电动机是电能向机械能转换的能量载体，在工业、农业、交通运输以及日常生活中广泛地应用着电机传动。其中许多机械有调速的要求，其主要目的一方面是为了满足运行、生产、工艺的要求，另一方面是为了减少运行损耗、节约电能。由此产生
14、了电机传动的调速技术，即电气传动控制技术。电机分直流电机和交流电机两大类。交流电机，特别是笼型异步电机，由于其结构简单牢固、制造成本低廉、运行方便可靠、环境适应能力强以及易于向高电压、高转速和大容量方向发展等优点，在工农业生产中得到了极广泛的应用，但交流电机调速比较困难，其原因在于它具有多变量、非线性、强耦合的特性，控制起来较直流电机复杂。如何使交流电机具有与直流电机一样的控制特性，一直是人们不断探索和追求的目标。 矢量控制技术的提出以及实用化， 使得交流电气传动控制系统的性能达到了直流电气传动控制系统的水平，交流调速技术发生了质的飞跃。因此，交流电气传动控制技术也随之逐渐成为主流。 在矢量控
15、制之后又提出了直接转矩控制、 定子磁链定向控制以及智能控制等不同的先进控制策略，推动着交流电气传动控制技术不断继续向前发展。随着现代科技的进步，近几十年来，微电子技术、计算机技术以及电力电子技术的飞速发展为交流电气传动控制的进步提供了技术保障； 而控制理沦的发展则为人们制定先进的交流异步电机控制策略提供了理论依据。今天，交流电气传动控制技术已经发展成为多门技术、多学科相互交叉的新学科1。1 1- -1 1 电力电子电力电子、微电子技术与交流微电子技术与交流电气传动控制电气传动控制1 1- -1 1- -1 1 电气传动的发展趋势电气传动的发展趋势电气传动控制是一个既成熟又发展迅速的课题， 说它
16、成熟是因为直流电机的控制已经有了几十年的历史，并且有了许多成熟的理论和经验。但是随着时代的发展，特别是电力电子、微电子和通信技术的介入，使得电气传动控制发生了翻天覆地的变化。世界上第一台交流电动机于 1885 年问世，在交流电动机中，特别是鼠笼式异步电动机，结构简单、坚固耐用、价格便宜，因而获得广泛的应用。虽然鼠笼式异步机较直流电动机只晚一年问世，但是直到20 世纪 70 年代，凡是要求调速范围宽、速度控制精度高和动态响应性能好的场合，几乎全都采用直流传动系统。交流电动机（主要指鼠笼式异步电动机和同步电动机） ，大多用于不需要调速的电力传动系统中，其原因在于： （1）不论是异步电动机还是同步电动机，唯有改变定子供电频率调速，可以获得较好的调速特性。但由于大容量的变频电源问题没有得到很好的解决，限制了它的发展； （2）异步电动机和直流电动机不同，它只有一个供电回路定子绕组，速度控制比较困难，不能像直
