基于无速度传感器矢量控制的双电机同步联动控制系统的研究及实现

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多相感应电机系统相比于传统的三相电机,具有启动电流小、转矩脉动低,谐波损耗小,不需大量功率器件串联、冗余结构保证系统可靠性高等不可替代的优点,可使用低压功率器件实现大功率传动,从而在大功率控制领域得到了广泛应用。本文针对4极6相感应电机,主要研究了六相感应电机数学模型的建立与适用的矢量控制算法,构建了以DSP和FPGA为主控芯片的数字控制系统,对其进行了 MRAS速度辨识,并进一步实现双机联动。首先,本文从六相感应电机的内部绕组结构出发,根据六相感应电机的运行原理推导出电磁转矩方程、磁链方程、电压方程和运动方程,并且在特定的绕组结构下在Matlab/Simulink中建立了数学模型。为实现六相感应电机特殊拓扑结构的SVPWM控制,结合传统的六相感应电机空间解耦技术存在的缺陷,提出一种新型的控制方法。该方法基于单相SVPWM技术,并拓展成为基于两级H桥的六相电机矢量控制技术。在MATLAB中搭建两种不同的六相感应电机控制算法的仿真模型,通过对比分析,采用基于两级H桥的六相电机矢量控制技术实现对六相感应电机的控制。其次,在矢量控制中由于需要实时的速度值作为反馈构成闭环,考虑到编码器在安装维护方面的诸多不便以及恶劣场合的限制,提出采用无速度传感器速度辨识的方法。通过对比现有的各种方法的优劣,提出了基于转子磁链模型的MRAS速度辨识方法,并为避免其存在的纯积分环节进行了改进,制定了由模型参考自适应(MRAS)和SVPWM技术组成的控制方案。随着链式输送机在大功率、高速率、大重量及长距离的运送场合的广泛应用,为平缓输送带的张力以改善集中受力的情况,需要驱动系统提供稳定可靠的启动力矩。该课题在实现六相感应电机无速度传感器矢量控制的算法后,进一步提出双机联动的研究。构建了两个相同的六相电机控制系统,通过CAN通信实现主从机之间速度的传递,最终完成了无论在开环和闭环程序运行时,从机从动态和稳态上都可追随主机速度的变化。最后,本文对各部分的调试方法及步骤做简要说明,并在以DSP(TI公司的 TMS320F28335)和 FPGA(ALTER 公司 EP2C20Q240)为主控芯片的硬件系统上,对六相感应电机的矢量控制算法及扩展功能进行了实验验证和结果分析,验证了控制方法的有效性。
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