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基于FPGA的无速度传感器异步电动机DTC系统的研究

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第一章 绪论

§1.1 课题研究的目的和意义

§1.2 异步电机控制的现状

§1.3 异步电机控制的发展方向

§1.4 论文的主要内容

第二章 直接转矩控制的基本原理

§2.1 直接转矩控制的理论基础

§2.2 直接转矩控制的基本原理

§2.3 DTC中定子磁链空间矢量运动轨迹的定量化研究

§2.4 小结

第三章 直接转矩控制系统的研究

§3.1 控制系统的基本组成

§3.2 定子磁链和转矩的观测

§3.3 定子磁链与电磁转矩给定值的确定

§3.4 磁链、转矩调节器

§3.5 开关电压矢量的优化选择表

§3.6 定子磁链算法的改进

§3.7 小结

第四章 无速度传感器速度辨识方法的研究

§4.1 转速的辨识

§4.2 速度转差法的改进

§4.3 减小转矩脉动的措施

§4.4 小结

第五章 控制系统的仿真

§5.1 仿真软件MATLAB简介

§5.2 系统的仿真模型

§5.3 仿真分析

§5.4 小结

第六章 基于FPGA无速度传感器异步电机DTC系统的实现

§6.1 简介

§6.2 控制系统的总体设计

§6.3 系统的硬件设计

§6.4 系统的软件设计

§6.5 小结

第七章 结论与展望

§7.1 结论

§7.2 展望

参考文献

附录A 采样电流控制模块的VHDL程序

附录B 键盘接口模块程序

附录C 7段LED的VHDL译码程序

附录D PI 调节器模块VHDL程序

致谢

作者在攻读硕士期间的主要研究成果

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摘要

直接转矩控制是一种转矩响应快的高性能的交流调速方法。本文以现场可编程门阵列FPGA中的AFS600作为控制器件对无速度传感器异步电机直接转矩控制系统进行研究。
  本文详细阐述了直接转矩控制的基本原理和实现方法。建立了异步电动机、逆变器的数学模型,用空间矢量的方法来处理磁链、电压和电流。通过检测母线电压和定子电流,直接计算出电机的磁链和转矩,并利用两个滞环比较器,直接实现对定子磁链和转矩的解耦控制。
  本文研究了定子磁链的运动轨迹,给出了磁链容差率的概念,确定了当磁链容差率大于等于7.18%时,磁链的运动轨迹为正六边形,当磁链容差率大于等于2.89%且小于7.18%时,磁链的运动轨迹为三十边形,磁链容差率小于2.89%时,用近似圆的轨迹。通过容差率将磁链圆轨迹统一起来。
  本文研究了磁链的算法,当电机运行在高速即额定转速30%之上时,用传统的纯积分法求定子磁链;在低于额定转速的30%时用积分补偿法,即先通过低通滤波器滤波,再对磁链的幅值和相位予以补偿,解决误差积累和直流偏移问题,并在高、低速切换时采用滞环比较器法实现平稳过度。
  对在无速度传感器时电机的速度的辨识方法进行研究,用改进的速度转差法来求转速。同时,应用了零矢量调制控制法减小转矩脉动,提高了整个系统的控制性能。
  运用Matlab/Simulink仿真软件对整个系统进行仿真,以验证整个方案的可行性,用硬件描述语言,实现了无速度传感器直接转矩控制算法,并设计出基于FPGA的无速度传感器异步电机直接转矩控制系统。

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