永磁同步电机矢量控制的研究与应用

目前自动门的控制方式主要有直流脉宽调速、交流异步变频调速和直流无刷控制，控制对象都是高速电机，需要附加额外的减速装置才能实现自动门的开关动作，导致结构复杂、故障率高、维护困难。而永磁同步电机以其结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高的特点，在伺服控制领域将逐渐取代传统的直流电机。以DSP作为控制芯片，其功能强大、运算速度快，可以实现高精度的电机伺服控制。 论文首先介绍了电力传动技术、运动控制技术和交流伺服传动系统的发展，论述了永磁同步电机矢量控制和直接转矩控制策略的原理。随后分析了永磁同步电机模型（同步电机的结构、坐标变换原理、电机数学模型）和空间矢量SVPWM技术的基本原理、法则推导和控制算法，以及常用的PMSM矢量控制方法（id=0控制、最大电磁转矩/电流控制、弱磁控制和最大输出功率控制）。在软件MATLAB/SIMULINK环境下仿真了SVPWM控制波形，搭建了直接转矩控制和矢量控制策略下的永磁同步电机控制系统，并且对比分析两种控制策略下的转速、转矩输出波形。经过比较后，确定针对id=0的控制方案进行实验研究。 本文设计的PMSM矢量控制系统采用TI公司TMS320F2812的DSP作为控制芯片，进行了硬件电路的设计与矢量控制程序的编写。硬件上DSP控制板和电机驱动板的设计，包括主回路、驱动电路、电流检测电路、AD转换电路、过压保护电路、HALL/ECNODER检测电路和串口通信电路等。并在CCS开发环境下，对PMSM矢量控制方案进行软件开发，完成主要模块的算法设计，包括SVPWM、Clarke/Park变换、AD采样和QEP等算法的实现。 最终，通过对PMSM调速系统的测试，得出电机的PWM驱动、定子电流、转速、转矩、SVPWM相电压和编码器检测信号等实验波形，并对实验结果进行分析，表明：在id=0的磁场定向控制方式下，系统调速性能良好，动态响应快。并应用于实验室的平移自动门实验平台，实现了永磁同步电机电流环、速度环、位置环的闭环控制，符合系统的设计要求。