程啸磊 开题报告

南京工程学院

毕业设计开题报告

课 题 名 称：永磁同步电机矢量控制系统研究 学 生 姓 名： 程啸磊 指 导 教 师： 王正齐 所 在 系 部： 电力工程学院 专 业 名 称： 电力工程(中外合作办学)

南京工程学院 2014 年 3 月 2 日

说 明

1．根据南京工程学院《毕业设计(论文)工作管理规定》，学生必须撰写《毕业设计（论文）开题报告》，由指导教师签署意见、教研室审查，系教学主任批准后实施。

2．开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。

3．毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。

4．本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，应不少于2000字，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。

5．开题报告检查原则上在第2～4周完成，各系完成毕业设计开题检查后，应写一份开题情况总结报告。

毕业设计(论文)开题报告

学生姓名 指导教师姓名课题 来源 课题名称 程啸磊 王正齐 学 号 职 称 自拟课题 206101111 讲师 专 业 所在系部 课题类型 电气工程及其自动化 电力工程学院 分析研究 永磁同步电机矢量控制系统研究 本次毕业设计的意义： 工业自动化技术和装备设计多个学科领域，其中所应用的计算机相当于人的大脑，负责对信息进行数值计算、逻辑推理、决策判断，并发出控制指令。这些控制命令代表着对自动化装备运动规律的希望和要求，然而并不能单靠计算机自身去实现这些命令。虽然计算机可以灵活、快速地发出任何命令，但是，因为其命令自身所携带的能量极为有限，并且没有工具区执行“大脑”的一致实现运动。自动化装备执行计算机发出的运动命令，需要机电机构来完成。接收控制命令，对控制信号运算操作，提高执行能力，驱动执行工具运动，完成特定任务，这就要用到电气、气动、液压、机械等装置。接收控制命令，产生动力，驱动机构完成特定的运动，毕业设计的内容和意义 就是伺服系统的任务。因此可以说，伺服驱动装置是工程自动化不可或缺的基本技术装备。 发电装置经过半个多世纪的发展，由于永磁材料的应用，高频大功率开关变流器的发展，由于永磁材料的应用，高频大功率开关变流器的发展，高性能微电子器件的普及，电机理论的成熟与自动控制理论的最新进展，传感器技术的进步，才使得当代交流伺服电机和数字驱动技术得到了突飞猛进的发展，达到了很高的水平，几近完美。电动伺服技术因具有一系列优点倍受重视。 但时代在前进，技术在进步，要求愈来愈高，精益求精，永无止境。现代交流伺服驱动装置也不例外，对于体积、质量、成本与可靠性、灵活性、跟踪的快速性、精确性和抗扰动鲁棒性等方面，也爱不断追求新的高度和目标。 本次毕业设计的内容： 本课题研究了永磁同步电机的矢量控制系统设计 主要设计部分有： 第一部分：建立永磁同步电机的数学模型 第二部分：矢量控制基本思想 第三部分：永磁同步电机矢量控制的Matlab实现 第四部分：永磁同步电机矢量控制系统数字化实现技术 毕业设计应完成的技术文件： 1、建立永磁同步电机矢量控制系统Matlab仿真模型 2、建立永磁同步电机矢量控制数字控制系统 毕业设计的内容和意义 3、提交毕业论文一份 近年来，由于新材料、微处理器、电力电子器件的发展和控制技术的进步，对永磁同步电动机向低成本、全数字化、无速度传感器化的发展产生了巨大的推动作用。本文从伺服系统工程实际出发，对永磁同步电动机矢量控制的全数字控制进行探讨，在系统的软、硬件设计，控制策略作了相关的工作，并取得了预期的效果。 通过对永磁同步电动机数学模型的分析，建立了永磁同步电动机的控制方案。主控制器采用了TI公司最先进的控制电机专用DSP芯片TMS320F2812A，转子位置信号和电机电流信号均为数字信号，为最终实现全数字矢量控制算法提供了保证。 永磁同步电机（PMSM）以其独特的优点大量应用于高精度伺服系统。针对伺服用PMSM 的控制特点和要求，在分析其系统模型基础上，设计了以新型数字信号处理（DSP）芯片TMS320F28335 为核心，采用矢量控制方法的PMSM 速度伺服系统，较完整地阐述了交流电机矢量控制的实现方式，对伺服系统的硬件及软件设计进行了详细介绍。实验表明该系统具有良好的响应特性和控制精度。 PMSM以其具有高转矩惯量比、高功率密度、高效率等优点已得到广泛应用，特别在数控机床、工业机器人等对精度和响应特性要求较高的场合，PMSM 伺服系统的优特别明显[1]。近20 年来，随着电力电子器件、DSP 芯片和微处理器的飞速发展， 服控制系统能达到更高的精度提供了良好的文献综述 实现基础[2]。但目前大部分伺服系统的控制芯片均为定点型DSP， 这些控制芯片存在编程相对复杂，执行速度慢等一些不足。这里结合针对电机控制的最新型浮点型DSP 芯片TMS302F28335，使用智能功率模块（IPM）、光电编码器及电流传感器等设计了PMSM 的矢量控制系统， 该系统具有结构简单，实现容易，运行速度快的特点。实验表明， 以TMS302F28335 为核心的伺服系统控制精度高，响应特性好。 在自控式同步电机变频调速中，必须在转子转动的同时，改变同步电机定子三相电流的频率，使得定子磁动势Fs跟随转子同步旋转，从而保持Fs与转子磁动势Fr的夹角基本不变，进而保证电磁转矩恒定，这是同步电机变频调速的精髓[3]。 1971 年，德国学者F Blaschek 和Hases 提出了交流电动机矢量控制理论，其基本思想是：在普通三相交流电机的基础上，模拟直流电动机转矩控制的规律。在转子的旋转坐标系下，定子电流矢量分解成与动子磁场一致的励磁分量和与转矩磁场方向正交的转矩分量，使两者相互垂直，彼此独立，以达到解耦的效果，然后分别进行控制[4]，实现同步电机变频调速。传统直流电动机由于具有良好的机械特性和简单的控制方式,在伺服控制领域曾得到广泛的应用. 但是,机械换向器和电刷的存在,使得其可靠性和适用性大大降低. 永磁同步电机作为一种新型的电机,由于没有电刷和换相器,因而提高了运行可靠性. 而且它还具有结构简单、体积小、损耗小、效率高等优点[5 - 9] . 但是,要充分发挥永磁同步电机这些优点,就必须寻求合适的控制方式。 文献综述 转子磁场定向的矢量控制方式是针对此类电机使用较为广泛的一种控制方式. 其基本原理是通过坐标变换, 在转子磁场定向的同步坐标系上对电机的磁场电流和转矩电流进行解耦控制, 使其具有和传统直流电动机相同的运行性能[9] . 但在一般情况下,无法通过控制q轴电压直接控制q轴电流、通过控制d 轴电压直接控制d 轴电流[10 - 11] . 且当电机的调速范围很宽时, 电阻、电抗参数对d 、q 轴电流的控制产生较大误差,从而影响控制精度和动态响应速度. 本文针对该问题,以转子磁场定向的矢量控制理论为基础, 提出了一种新的改进矢量控制方式, 即在两个电流环的输出到给定的d 、q 轴电压之间引入了考虑电阻分压电势和旋转电势的交叉耦合项, 使控制系统可按照d 、q 轴的电流给定准确控制d 、q 轴电压,从而满足对不同参数电机在较宽的速度范围内的高精度速度控制要求。 参考文献： [ 1 ] 陈伯时．电力拖动自动控制系统[M]． 北京：机械工业出版社，2003。 [ 2 ] 韩安太，刘峙飞，黄海.DSP 控制器原理及其在运动控制系统中的应用[M].北京：清华大学出版社，2003。 [ 3 ] 李华德， 交流调速系统[M]. 北京： 电子工业出版社，2003. [ 4 ] 唐任远．现代永磁电机理论与设计[M]． 北京： 机械工业版社，1997。 [ 5 ] 郭庆鼎,王成元,周美文,等. 直线交流伺服系统的精密控制[M] . 北京:机械工业出版社,2000。 [ 6 ] 孙宜标,郭庆鼎. 基于神经网络给定补偿的交流永磁直线伺服系统滑模控制[ J ] . 电工技术学报,2002 。 [ 7 ] 孙宜标,郭庆鼎. 基于滑模和神经网络的永磁直线伺服系统控制[J ] . 文献综述 沈阳工业大学学报。 [ 8 ] 郭宏,郭庆吉. 永磁同步电机伺服系统[J ] . 哈尔滨工业大学学报,1996。 [ 9 ] 李旭春. 基于DSP 的磁场定向控制永磁同步电动机系统[J ] . 中小型电机,2002。 [10] Pillay P ,Schilleci J W. DSP controller for a permanent magnet synchronous motor drive [C] . The Proceedings of 1994 IEEE Creative Technology Transfer , 1994. [11] Pillay P ,Allen C R. DSP2based vector and current contollers for a permanent magnet synchronous motordrive [ C] . Conference Record of the 1990 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting , 1990. 本次课题研究主要讲述的是永磁同步电机的矢量控制，同步电机是我们最为熟悉的。通过文献我们可以更深的了解永磁同步电机，同步电机的矢量控制就可以通过周渊深的交直流调速系统与MATLAB仿真来实现。 在做课题时可以有更多的方法以及途径去实现同步电机矢量控制，这样可以根据不同的或相似的结果来完善本次毕设。 当然在完成毕设的前提就是熟悉文献，对永磁同步电机矢量控制有较多的了解。也许我没有过多的了解过，不过我相信因为本次毕设可以让我更多的学习到同步电机的矢量控制，这是一次丰富我知识的机会，我一定会用心完成本次毕业。 特色与创新

毕业设计(论文)进度计划(以周为单位)：

起 止 日 期 第1-2周 第3-4周 第5周 第6-7周 第8-11周 第12-13周 第14周 第15-16周 工 作 内 容 查阅资料，了解课题 掌握矢量控制理论 基于转子磁场定向控制方法研究永磁 同步电机矢量控制 永磁同步电机矢量控制系统的Matlab仿真 永磁同步电机矢量控制系统数字化实现 撰写论文 根据指导老师意见，修改论文 准备答辩 备 注

指导教师 意 见 指导教师签名： 年 月 日 教研室意见 系部意见 主任签名： 年 月 日 教学主任签名： 年 月 日