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原文传递基于无差拍理论的永磁同步电机转矩和磁链控制研究

论文题名：	基于无差拍理论的永磁同步电机转矩和磁链控制研究
关键词：	新能源汽车;永磁同步电机;电磁转矩;定子磁链;间接控制
摘要：	汽车在人们的日常生活中占据着重要地位，与燃油汽车相比，新能源汽车具有零排放、无污染的优势，更符合低碳经济的要求。永磁同步电机(PMSM)因其结构简单、启动转矩大等特点成为新能源汽车驱动电机的首选，因此对PMSM控制方法的研究具有深远的意义。PMSM的传统控制方法包括直接转矩控制(DTC)和磁场定向控制(FOC)。DTC是对PMSM的电磁转矩和定子磁链直接进行控制，该控制算法动态性能好且控制结构简单，但由于滞环控制器和离线开关表的存在，导致电机的转矩脉动较大。FOC是利用坐标变换理论对定子电流进行解耦，通过控制电流分量实现对电磁转矩和定子磁链的间接控制，该控制算法的控制精度高但动态响应慢。为了获得PMSM良好的控制性能，本文针对上述问题，主要做了以下工作：　　首先，本文对PMSM的基本理论进行了简要叙述。第一，介绍了PMSM的机械结构。第二，说明了文中使用到的几种坐标系和坐标变换方法。第三，根据PMSM的结构原理建立其在三相静止坐标系下的数学模型。　　其次，本文对传统DTC算法进行了研究。第一，介绍了DTC算法的基本原理并引入电压矢量的概念。第二，介绍了传统DTC算法的控制系统结构，对其中滞环控制器的工作原理，和离线开关表的创建过程进行了详细说明。第三，在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建了该控制算法的仿真模型，通过对仿真结果的分析可知，控制系统中的滞环控制器和离线开关表是造成DTC算法控制精度低的主要原因。　　再次，本文对基于空间矢量调制(SVM)的FOC算法及转矩和磁链控制算法进行了研究。第一，介绍了FOC算法的基本原理，并对其控制系统结构进行了详细说明。第二，针对DTC算法控制精度低，FOC算法动态响应慢的问题，引入了基于SVM的直接转矩和磁链控制算法(SVM-DTFC)。第三，在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建了两种控制算法的仿真模型，仿真结果表明SVM-DTFC算法的控制精度比DTC算法更好，动态响应比FOC算法更快。　　然后，本文对无差拍直接转矩和磁链控制算法(DB-DTFC)进行了研究。第一，介绍了传统DB-DTFC算法的基本原理，针对传统DB-DTFC算法求解参考定子电压的过程较复杂的问题，提出一种新型的DB-DTFC算法。第二，介绍了新型的DB-DTFC算法的控制结构，并详细说明了控制系统的工作流程。第三，在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建了新型的DB-DTFC算法的仿真模型，仿真结果表明所提出的新型的DB-DTFC算法相比于SVM-DTFC算法在控制精度和动态响应方面均有所改善。　　最后，本文搭建了一套PMSM控制系统的物理实验平台。第一，介绍了实验平台中硬件电路的设计原理。第二，介绍了MATLAB的代码自动生成功能及其具体的实现过程。第三，在实验平台上进行FOC算法的测试，实验结果验证了控制系统的有效性。
作者：	闫博
专业：	控制工程
导师：	王家军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	杭州电子科技大学
学位年度：	2022