基于dsp永磁同步电机控制_毕业设计论文(编辑修改稿)

基于dsp永磁同步电机控制_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

而且公共坐标系可以选择永磁磁链的方向，可以极大简化系统的分析，所以多数永磁同步电机调速系统采用矢量变换控制策略。 SVPWM 控制是针对形成旋转的圆形磁场提出的，其基本思想是把电动机和 PWM控制 逆变器作为一个整体，通过选择逆变器的不同开关模式，使的电机定子绕组产生圆形的旋转磁场。 SVPWM 控制具有易于实现数字化、电压利用率高、开关频率固定等优点。 电机控制的目的是产生圆形的旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩，所以 SVPWM 控制技术比较适合于电机控制。 永磁同步电机数学模型的建立 永磁同步电机的数学模型主要包括电压平衡方程、运动方程和转矩方程。 在永磁同步电机动态过程中存在永磁体与绕组、绕组与绕组之间的相互影响，电磁关系十分复杂，要精确建立永磁同步电机的数学模型十分困难。 因此数学模型的建立做 以下假设：转子永磁磁场在气隙空间中为正弦分布、电枢绕组的反电势波形为正弦、忽略定子的铁心饱和，认为磁路线性、不计铁心和涡流损耗、转子没有阻尼绕组； 矢量控制中，电机的变量，如电流、电压、电动势和磁通等，均由空间矢量来描述，并通过建立电动势的动态数学模型，得到各物理量之间的关系，通过坐标变换，在定向坐标系上实现各物理量的控制和调节。 坐标系 以及坐标变化 在本文中，将涉及到以下几种，对其进行一一介绍。 （ 1） 三相定子坐标系 (ABC 坐标系 ) PMSM 的定子中有三相绕组，其轴线分别为 A,B,C，且彼此间互差 1200的空间电角度。 当定子通入三相对称交流电时，就产生了一个旋转的磁场。 三相定子坐标系定义如图 21 所示。 ABC华北科技学院毕业设计 第 11 页 共 74 页 图 21 三相定子坐标系 （ 2） 定子静止直角坐标系 (坐标系 ) 为了简化分析，定义一个定子静止直角坐标系即 坐标系 (图 22)，其 α轴与 A 轴重合，轴超前 β轴 900。 如果在 轴组成的两相绕组内通入两相对称正弦电流时也会产生一个旋转磁场，其效果与 三 相绕组产生的一样。 因 此可以将两相坐标系代替三相定子坐标系进行分析，从而达到简化运算的目的。 图 22 定子静止坐标系 （ 3） 转子旋转直角坐标系 (dq 坐标系 ) 转子旋转坐标系固定在转子上 (图 )，其 d 轴位于转子轴线上， q 轴超前 d 轴 900，空间坐标以 d 轴与参考坐标  轴之间的电角度  确定。 该坐标系和转子一起在空间以转子速度旋转，故相对于转子来说，此坐标系是静止的，又称为同步旋转坐标系。 图 23 定子静止坐标系与转子旋 转坐标系 dq ABCαβ120基于 DSP的永磁同步电机控制 第 12 页 共 74 页 下面介绍坐标变换关系： 三相定子坐标系与两相定子坐标系变换 (3s2s) 图 22 中绘出了 ABC 和 两个坐标系，为了方便起见 ， 取 A 轴与 α轴重合。 设三相绕组每相有效匝数为 N3， 两相绕组每相有效匝数为 N2， 各相磁动势为有效匝数与电流的乘积，其空间矢量均位于有关相的坐标轴上。 设磁动势波形是正弦分布的，当三相总磁动势与两相总磁动势相等时，则两套绕组瞬时磁动势在 α， β轴上的投影也相等写成矩阵形式得： 321112233022ABCiiN ii N i     () 考虑变换前后总功率不便，在此前提下，可以证明，匝数比应为 3223 NN () 代入式（ ）得 CBAiiiii232302121132 () 令 2/3C 表示从三相坐标系变换到两相坐标系的变换矩阵，则 2323021211322/3C () 如果三相绕组是 Y 型联结不带零线，则有 ] 0 CBA iii ，代入式（ ）和式（ ）并整 理后得 : 华北科技学院毕业设计 第 13 页 共 74 页 BAiiii221032 () 按照所采用的条件，电流变换阵也就是电压变换阵，同时还可证明，它们也是磁链的变换。 两相定子坐标系与两相 转子 旋转坐标系变换 (2s2r) 图 23 是两相坐标系到两相旋转坐标系的变换，简称 2s2r 变换，其中 s 表示静止，r 表示旋转。 把两个坐标系画在一起，如图 24 所示。 两相交流电流 i 、 i 和两个直流电流 di 、 qi 产生同样的以同步转速 1 旋转的合成磁动势 sF。 由于绕组匝数都相等，可以消去磁动势中的匝数，直接用电流表示。 在图 25 中， d、 q 轴和矢量 sF （ si ）都以转速 1 旋转，分量 di 、 qi 的长短不便，相当于 d、 q 绕组的直流磁动势。 但  、  轴是静止的，  轴与 d 轴的夹角  随时间而变化，因此 si 在  、  轴上的分量 i 、 i 的长短也随时间变化，相当于  、  绕组交流磁动势的瞬时值。 由图可见， i 、 i 和 di 、 qi 之间存在下列关系 图 25两相 静止和旋转坐标系与磁动势（电流）空间矢量  s inc o s qd iii   c o ss i n qd iii   qdsrqdiiCiiii22cossincoscos () a223。 diiqidis)(ssiF1q基于 DSP的永磁同步电机控制 第 14 页 共 74 页 写成矩阵形式，得 式中  cossincoscos22 srC () 是两相旋转坐标系变换到两相静止坐标系的变换矩阵。 对式（ ）两边都左乘以变换阵的逆矩阵，得 ：   iiiiiiqdc o ss i ns i nc o sc o ss i ns i nc o s 1 () 则两相静止坐标系变换到两相旋转坐标系的变换阵是 :    c oss in s inc os2/2 rsC () 电压和磁链的旋转变换阵也与电流（磁动势）旋转变换阵相同 ， 其中  为 x 轴与 d 轴的夹角，即转矩角。 下面介绍永磁同步电机在各个坐标系下的数学模型： 1） 永磁同步电机在 ABC 坐标系上的数学模型 对于三相绕组电动机，在忽略了内部绕组电容的前提下，其 电压矢量和磁链矢量 ： rsss IL   () dtdIRU ssss  () 其中： sU 为定子电压矢量， sR 和 sL ，分别表示定子电阻和定子电感， s 和 r 分别表示定子磁链矢量和转子磁链矢量， sI 表示定子电流。 根据式 ()和式 ()，可以得到永磁同步电机三相绕组的电压回路方程如下： CBACBAssssssssssssCBApiiipLRpLpLpLpLRpLpLpLpLRUUU34cos32cos32cos34cos32cos34cos () 其中为 AU 、 BU 、 CU 各相绕组端电压， Ai 、 Bi 、 Ci 为各相绕组电流， A 、 B 、 C华北科技学院毕业设计 第 15 页 共 74 页 为转子磁场在定子绕组中产生的交链， p 为微分算子 dtd/。 由于假设转子磁链在气隙中呈正弦分布，根据图 21 及图 222 可知： )3/4cos()3/2cos(cosrCBA () 另外，对于星形接法的三相绕组，根据基尔霍夫（ Kirchhoff）定律有 0 CBA iii () 联合式（ ）、式（ ）和式（ ）整理可以得到： CBACBAssssssCBApiiipLRpLRpLRUUU230002300023 （ ） 2） 永磁同步电机在 坐标系上的数学模型 BAiiii221032 （ ） 根据坐标变换理论，对用此同步电机在 ABC 坐标系下的数学模型进行 3s2s 的坐标变换，就可以得到在 αβ 坐标系下的数学模型。 由式（ ）、（ ）和（ ）可得电压方程      c o ss i n230 0 frss iipLRpLRUU （ ） 其中 U 、 U 分别为定子电压在 轴上的的分量 ， L 、 L 为在 轴上的电感分量，其中 sLLL 2/3  ， f 为转子磁链在定子侧的耦合磁链， r 为转子角速度。 3） 永磁同步电机在 dq 坐标系上的数学模型 在 dq 坐标系下建立永磁同步电机的数学模型，对于分析永磁同步电机控制过程系基于 DSP的永磁同步电机控制 第 16 页 共 74 页 统的稳态和动态性能都十分方便。 对永磁同步电机在 坐标系的数学模型进行 2s2r坐标变换，就可以获得永磁同步电机在 dq 坐标系下的数学模型。 由式 ()和式 ()得到永磁同步电机在 dq 坐标系下的电流方程： CBAqdiiiii)32si n()32si n(si n)32co s()32co s(co s32 () 其中 di 、 qi 分别为定子电流在 dq 坐标系下的分量，结合式 ()整理得 BAqdiiiic o s2c o s22s i n26s i n2c o s26s i n22 （ ）。