基于永磁同步电机的变环宽电流滞环控制策略研究

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电能是当今社会最为重要的能源之一,其生产与使用得到了越来越多的重视。电机在机电能量转换中发挥着关键性作用,其中永磁同步电机因体积小、功率密度大、性能优越等优点获得了广泛的关注。为充分发挥其作用,对永磁同步电机的控制策略研究就显得十分重要。电流滞环跟踪控制通过控制电机绕组实际电流跟踪给定参考电流变化,控制方法简单、容易实现,广泛应用在家电、小功率工业设备等低成本场合。但是传统电流滞环跟踪控制会导致电机逆变器功率器件开关频率不受控,在电机磁场内引入谐波干扰,引起电机发热;同时固定的滞环宽度会导致电机工作电流畸变率变大,导致转矩脉动增大。因此,开关频率恒定、实时改变滞环宽度的电流滞环跟踪控制策略成为国内外学者研究的焦点。本文主要工作如下:  首先介绍了永磁同步电机的发展历史,阐述了永磁同步电机主要的几种控制策略。分析了永磁同步电机的坐标变换原理并在此基础上推导了永磁同步电机在ABC坐标系、αβ坐标系、dq坐标系下的数学模型。  其次,详细分析了电流滞环跟踪控制的基本原理,阐述了电流滞环跟踪控制的两种基本方法:滞环宽度控制法和同步开关法。在分析了这两种方法缺陷的基础上,本文研究了一种开关频率恒定,滞环宽度可实时调节的控制方案。介绍了调节滞环宽度的设计思路,阐述了其控制流程,并推导了相应的计算公式。  再次,设计基于TMS320F28335为核心的永磁同步电机滞环宽度实时调节控制系统,设计相应的控制电路、功率电路、驱动电路、信号调理电路等硬件电路,构建实验系统。在Code Composer Studio(CCS)开发环境下完成了整个控制系统的软件设计。  最后,运用PSIM软件和实验样机对本文所研究的滞环宽度实时调节控制策略进行了验证。仿真和实验结果均表明:通过保持开关频率恒定,实时调节电流滞环宽度能够有效减少电流畸变率,同时也减少电磁转矩脉动。
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