风电平台大功率PMSM无速度传感器驱动控制研究与应用

【摘要】：本文以风力发电实验平台为依托，以低速大转矩永磁同步电机作为研究对象，结合永磁同步电机的特性，着重进行了永磁同步电机驱动控制研究。 首先针对关于永磁同步电机驱动相关方面，对国内外研究现状与相关技术进行了解和分析，针对实验平台的硬件建立了仿真模型并选取相对合适的算法。其次推导和分析了坐标变换原理，熟悉各个坐标系间的互相转换，并结合PMSM空间矢量坐标关系，推导永磁同步电机在三种坐标系（a-b-c、α-β，d-q）下的数学模型并做相关的详细分析。再次深入讨论了滑模控制的理论依据与特点，并结合永磁同步电机在三种（a-b-c、α-β，d-q）坐标系下的数学模型，设计出了基于两相静止坐标系下的滑模观测器，并根据相关模型需要的实际数据与实际硬件平台的需求，设计了RT_LAB与变流器之间的接口电路，并成功运行实现。同时研究了永磁同步电机电压空间矢量控制方法以及传统PI控制，分析并结合两者的特色与优点，弥补相应的缺点，设计出了基于滑模观测器的PMSM无传感器空间矢量调制策略。最后，根据实际的硬件条件，设计出相应的硬件信号转换电路，将滑模观测器算法与离散PI控制在RT_LAB中实现并得以验证通过。 研究和使用Matlab/Simulink仿真软件，在Simulink仿真平台下搭建了滑模观测器和永磁同步电机空间矢量调制系统的离散仿真模型在此模型下，分别对设计的基于两相静止坐标系的滑模观测器和空间矢量调制策略进行相关验证。以电机模型的实际输出转子转速与转子位置为参考，对基于滑模观测器的转子转速估计与转子位置估计的可行性与准确性进行分析验证。仿真结果表明，通过滑模观测器计算估计出的转子转速与转子位置可以完全跟踪实际的转子转速与转子位置。然后将滑模观测器引入到永磁同步电机的控制模型中，用估计的转子转速与转子位置替换电机模型的实际转子转速与转子位置，完成基于滑模观测器的PMSM无速度传感器空间矢量调制系统的离散仿真模型，对离散仿真模型的可行性与正确性进行相关验证，并实现了电机转速在额定转速范围内的连续可调。 根据实际硬件要求，设计并完成变流器与RT_LAB控制器之间的信号转换电路。在仿真实验的基础上，结合风力发电实验平台的实际硬件参数，搭建了基于滑模观测器的永磁同步电机无速度传感器空间矢量调制的实验系统。该系统以RT_LAB为控制器，以信号转换板为接口实现控制器与控制柜之间信号传递。离散PI控制、空间矢量调制以及无速度传感器下滑模观测器对转子转速与转子位置估计算法等全部由控制器完成，保证了所有信号的完整性与同步性，使得永磁同步电机有优良的调速和抗干扰性能。实验结果表明，该控制器使得永磁同步电机驱动系统具有静态误差小、上升时间短、抗干扰能力强等特点。 【关键词】：风力发电 永磁同步电机 滑模控制 滑模观测器 离散PI控制
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 选题背景及意义10
• 1.2 国内外 PMSM 的研究现状10-11
• 1.3 永磁同步电机控制技术11-13
• 1.4 滑模变结构控制13-14
• 1.5 本文的主要研究内容14-15
• 第二章 永磁同步电机结构与数学模型15-23
• 2.1 永磁同步电机结构与选型15-16
• 2.2 永磁同步电机数学模型16-22
• 2.2.1 d-q 变换和α-β变换16-19
• 2.2.2 三相静止坐标系下的电压和转矩方程19
• 2.2.3 同步旋转坐标系下的磁链、电压和转矩方程19-21
• 2.2.4 两相静止坐标系下的磁链、电压和转矩方程21-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第三章 基于滑模观测器的转子位置检测原理23-38
• 3.1 滑模变结构控制23-28
• 3.1.1 滑模变结构理论23-25
• 3.1.2 滑模变结构控制的存在性与稳定性条件25-27
• 3.1.3 滑模控制的优缺点及“抖振”的处理27-28
• 3.2 滑模观测器法28-31
• 3.2.1 观测器滑模面29-30
• 3.2.2 观测器稳定性分析30-31
• 3.3 锁相环31-37
• 3.3.1 锁相环工作原理31-34
• 3.3.2 锁相环的线性相位模型34-36
• 3.3.3 锁相环的特性36
• 3.3.4 锁相环估计转子转速与位置36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 硬件平台与开发控制软件38-45
• 4.1 硬件平台概述38-42
• 4.1.1 永磁同步电机拖动系统原理38-39
• 4.1.2 信号转换39-42
• 4.2 控制软件 RT-LAB 与控制器 OP560042-44
• 4.3 本章小结44-45
• 第五章 PI 控制算法仿真系统与实验数据分析45-67
• 5.1 PI 控制算法原理和特点45
• 5.2 PI 控制算法数学实现45-46
• 5.3 电流环与转速环的设计46-50
• 5.4 系统指标50
• 5.5 永磁同步电机控制系统仿真模型50-53
• 5.5.1 滑模观测器的实现51
• 5.5.2 双闭环 PI 控制的实现51-52
• 5.5.3 系统仿真控制的实现52-53
• 5.6 实验结果分析53-66
• 5.6.1 系统仿真实验数据分析53-59
• 5.6.2 实际系统空载实验数据分析59-62
• 5.6.3 仿真系统负载实验数据分析62-66
• 5.7 本章小结66-67
• 第六章 总结与展望67-69
• 参考文献69-73
• 研究生期间发表论文73-74
• 致谢74

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

永磁同步电机非线性参数辨识    吴茂林;黄声华;

永磁同步电机负载转矩观测器    郑泽东;李永东;肖曦;Maurice Fadel;

永磁同步电机转子位置与速度预估    刘家曦;李铁才;杨贵杰;

基于滑模观测器的永磁同步电机变结构鲁棒控制    张细政;王耀南;

大型风力发电机组的建模与仿真    肖劲松,倪维斗,姜桐

PMSM的自适应滑模观测器无传感器控制    黄雷;赵光宙;贺益康;

永磁无刷直流电机空载气隙磁场和绕组反电势的解析计算    王兴华,励庆孚,王曙鸿

基于自适应滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制研究    尚喆;赵荣祥;窦汝振;

我国风力发电现状和展望    王晓蓉,王伟胜,戴慧珠

变速恒频双馈风力发电模拟平台的研究    谢震

交流电机矢量控制系统滑模变结构控制策略研究    王庆龙

基于扩展卡尔曼滤波的无位置传感器PMSM系统研究    李波

低速大转矩永磁同步电机直接转矩控制研究    陈永军

风力发电系统用双馈感应发电机矢量控制技术研究    赵阳

直驱式风力发电变流系统拓扑及控制策略研究    李杰

直驱永磁同步风力发电系统功率平滑策略的研究与控制系统设计    胡雪松

双馈感应风力发电机组的控制研究    陈思哲

永磁同步电机的转矩直接控制    智大为

基于高频注入的永磁同步电动机无传感器运行研究    刘毅

基于高频注入和卡尔曼滤波的永磁同步电机无传感器控制    郑建芬

PMSM伺服系统滑模变结构控制研究    王芙蓉

基于滑模观测器的贴面式永磁同步电机无传感器控制    吴静

同步电机变频驱动算法研究    高金波

基于模糊PI控制的永磁同步电机矢量控制系统实现及性能研究    周晖

永磁同步电机无传感器矢量控制方法研究及仿真    王飞

基于扩展卡尔曼滤波的永磁同步电机无传感器调速系统的研究    张相爱

基于高频信号注入法的永磁同步电机无传感器控制    王海垠

双环模糊调速系统的设计与仿真研究    张春,郭兴众

在负功率下四象限变频器的DTC直接转矩控制的应用    刘春英;朱兵;

电机和电力拖动控制系统课程虚拟实验的开发    汪小平;洪乃刚;范国伟;

变量施药系统电机调速的仿真研究    韦韫;邵陆寿;

交流变频调速中的直流制动    周小群

变频系统在风机节能中的应用    杨兴义;

永磁同步电机伺服控制系统的Matlab仿真研究    陈世军;郭智生;江善和;

直流调速系统的模糊控制及仿真研究    乔志杰;程翠翠;

智能化液体给定装置电控系统的分析与设计方案    王彦全;王海洋;刘继广;

具有实时语音播报运动木棒长度计量仪的设计    王刚;

基于STM32纯电动汽车电驱控制研究    胡伟明;

基于起停式飞剪矢量控制系统的研究    陈秀;刘勇夫;冀晓童;高扬;徐青;王辉;

无轴承异步电机转子磁场定向控制研究    朱熀秋;李烽;潘伟;孙晓东;

无轴承永磁薄片电机试验平台及驱动系统设计    朱通;朱熀秋;孙永波;郝晓红;

永磁同步电机无位置传感器双滑模鲁棒控制研究    张细政;王耀南;

Sensorless Control for Brushless DC Motors Using Adaptive Sliding Mode Observer    

基于损耗模型和模糊搜索的异步电机最优效率控制方法    虞正民;颜文俊;包哲静;

基于霍尔元件的永磁同步直线电机伺服控制系统    刘星桥;韩辉;鲍丰亮;

基于模糊PID复合前馈控制的电脑横机定位控制系统    潘海鹏;冯孝燕;苏良瑶;

基于端口受控哈密顿的永磁同步直线电机控制方法研究    刘星桥;陈功;韩辉;

开关磁阻电机在船舶电力推进中的应用研究    许爱德

考虑分布式发电的配电网综合负荷建模方法研究    钱军

新型磁通切换型磁阻电机系统的分析、设计与控制研究    王道涵

非并网风电直供系统方案设计及控制策略研究    刘慧芳

变转速泵控差动缸及低能耗注塑机技术研究    张红娟

双馈风电机组模型预测控制研究    井艳军

变频电源供电永磁同步电动机几个关键技术研究    赵国新

风电社会效益评估及其并网的经济性影响研究    沈又幸

双馈风力发电系统中双变流器优化联合控制    贾俊川

基于飞轮储能的柔性功率调节器关键技术研究    陈仲伟

基于DSP+FPGA的永磁同步电动机伺服驱动器研究    凌刚

立式刨切机机构设计优化    于张喜

基于EKF无速度传感器矢量控制系统的研究    田恩国

基于FPGA的跑步机变频调速系统的设计研究    高圆圆

电流型Z源逆变器主电路控制策略研究    翟清震

二维转台控制系统    魏光宇

兆瓦级风机变桨系统研究    李文博

风力发电机组暂态模型和稳定性分析方法研究    陈建伟

船模自航试验遥控测试研究    秦余钢

船舶直驱式容积控制液压舵机系统的分析与设计    韩洪祥

时变滑模变结构与智能模糊结合的非线性系统控制    吴翼;黄辉先;王宸昊;付绍昌;肖业伟;

基于高频信号注入的永磁电机转子位置估计方法中的电压输入    钟黎萍;周晓敏;王长松;巩宪锋;

基于卡尔曼滤波和高频信号注入法的永磁同步电机转子位置自检测    周晓敏;王长松;钟黎萍;

基于神经网络的无速度传感器感应电机转子电阻辨识方案    王涛;年晓红;杨胜跃;曹霄;

变速风力发电机组动力驱动系统方案比较    马小亮;

直驱型风力发电系统概述    胡书举;

艏侧推装置及其应用研究    龙飞,王孟莲,杨俊飞

一种智能PID型控制器的研究    何莉,李山,廖仕利

我国发展大规模非水可再生能源发电的前景    周孝信;曹一家;

基于智能功率模块PM30RSF060的驱动和保护电路设计    陈军平,杨国辉,钟川桃

内置径向式永磁同步电动机电感特性分析    刘伟;柴凤;程树康;

大功率轧机交流调速技术的发展    李崇坚;

无转速传感器异步电机矢量控制系统控制方法的研究    张伟

江南体育在线直播观看 并网发电系统的研究    赵为

变速恒频风力发电关键技术研究    卞松江

变速恒频风力发电系统运行与控制研究    刘其辉

永磁同步电机伺服系统控制策略的研究    林伟杰

变速恒频双馈风力发电机交流励磁电源研究    赵仁德

基于电力电子系统集成概念的PMSM无传感器控制研究    秦峰

基于高频信号注入的永磁同步电动机无位置传感器控制    王丽梅

双馈感应风力发电机特殊运行工况下励磁控制策略的研究    向大为

无刷双馈风力发电系统及其控制研究    杨俊华

开关磁阻发电机系统的研究    张慧

基于DSP的永磁同步电机交流伺服控制系统的研究与设计    孙业树

基于DSP的三相电压源型PWM整流器系统设计    张强

基于DSP的新型交流伺服控制系统研究    廉晨龙

全数字永磁交流伺服驱动系统的研究    刘日宝

无速度传感器滑模变结构直接转矩控制系统的研究    吴志刚

永磁同步电机的矢量控制系统    汤新舟

基于高频注入的永磁同步电动机无传感器运行研究    刘毅

永磁同步电机直接转矩控制的改进研究    李志鹏

750kW变桨直驱风力发电机组中心控制器研究    刘士阁

浅谈运用永磁电机作电梯曳引电动机    苏锋;

永磁同步电机无传感器控制研究    施大发;王辉;张华;

基于SMO的PMSM磁极位置检测技术    赵金良;杨贵杰;赵品志;郭清风;

无传感器永磁同步电机控制系统设计    钱莉;曲波;

改进型滑模观测器在低速永磁电机中的研究    曾智波;周腊吾;黄守道;陈国富;

基于dSPACE PMSM伺服控制器自适应反步法设计    沈艳霞,吴定会,纪志成

基于滑模观测器的无传感器永磁同步电机矢量控制系统    张晓光;安群涛;刘超;叶伟;

基于DSP的车用空调永磁同步电机滑模控制系统研究    付强;刘和平;陈轶;

基于滑模观测器的无传感器永磁同步电机矢量控制系统    吴春华;陈国呈;孙承波;

PMSM的自适应滑模观测器无传感器控制    黄雷;赵光宙;贺益康;

一种新颖的永磁同步电机直接转矩控制方法    盛义发;喻寿益;洪镇南;

永磁同步电机的直接转矩控制及其数字仿真    徐艳平;曾光;申明;

负载未知时永磁同步电机的哈密顿控制方法    于海生;王海亮;赵克友;

改进的永磁同步电机转子初始位置检测方法    郭农生;周元钧;

基于摩擦和扰动补偿的永磁同步电机伺服系统控制方法研究    周旋;李世华;

基于MapleSim的永磁同步电机矢量控制仿真    孙文军;阎慧;高永明;尹航;

无轴承永磁同步电机转矩和悬浮力直接控制    潘伟;许波;孙晓东;朱熀秋;

一种基于Lyaponov理论的永磁同步电机转矩控制方法    周京华;陈亚爱;刘坤;

永磁同步电机直接转矩控制系统的开关频率优化及其模糊控制    盛义发;喻寿益;洪镇南;高金生;

永磁同步电机分数槽集中绕组的槽极数配合及磁动势    陈益广;

F2TP永磁同步电机掀起节能革命    张永法

永磁同步电机承担主牵引驱动    申军平　雷冬梅

尤尼康欲领航国产高端变频器市场    罗晖

自主创新破题国产高端变频器    文利

永磁同步电机助推纺织机节能    刘文硕

为中国电梯安装强健“心脏”    王越

高效永磁同步电机降低设备电力损耗    刘文硕

省委党校第55期厅干班学员来潭调研    见习记者 方芳

充满“时尚”新元素    秦北

电梯节能企业技术研发是关键    史玉成

PMSM直接转矩控制方法及实验研究    刘英培

无传感器内嵌式永磁同步电机转子磁极位置检测技术研究    刘家曦

混合动力车用径向—径向磁通复合结构永磁同步电机的研究    刘冉冉

永磁同步电机工程伺服系统若干关键技术研究    鲁文其

永磁电动机控制系统若干问题的研究    刘军

双三相永磁同步电机驱动技术研究    杨金波

永磁同步电机铁心损耗与暂态温度场研究    张洪亮

基于载波频率成份法的永磁同步电机无位置传感器控制研究    于艳君

高速永磁同步电机的损耗分析与温度场计算    江善林

永磁同步电机变频驱动鲁棒控制策略研究    张辉

基于滑模观测器的永磁同步电机无速度传感器控制    李建功

永磁同步电机无传感器矢量控制系统研究    黄盟芝

基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器研究    朱志伟

基于模糊控制的永磁同步电机无位置传感器驱动系统    肖杨柳

基于参数辨识的永磁同步电机自适应控制研究    张英范

基于双滑模的无传感器永磁同步电机控制系统研究    黎永华

永磁同步电机的负载扭矩观测与补偿控制研究    付晓辉

永磁同步电机自适应模糊控制的设计与分析    周丽娜

双三相永磁同步电机直接转矩控制的研究    王铭

基于自适应模糊的永磁同步电机直接转矩控制    肖石伟