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(基于矢量控制的永磁同步电机控制器的设计与实现)(最终版) (基于矢量控制的永磁同步电机控制器的设计与实现)(最终版)

格式:word 上传:2022-06-25 13:40:24

《(基于矢量控制的永磁同步电机控制器的设计与实现)(最终版)》修改意见稿

1、“.....功率驱动与控制板之间用屏蔽板隔离。所有外接信号线都采用频率电缆,并将屏蔽层可靠接地。降低电磁辐射般综合系统中,电机及驱动都作为辐射源存在。合适的开关频率及波形可以有效的降低电磁辐射的高频成分。另外在驱动电路部分增加合适的吸收电路可以有效的降低电磁辐射能量。另外控制器内部的功率电路走线会极大的影响控制器的辐射量级,这是因为斩波中的高频成分会由于导线上的寄生电感产生能量较大的高频辐射,所以布线设计时应尽量减少导线寄生电感,建议用大面积平面导线传导电流。结构设计上尽量避免功率电路在控制器内部形成回路,而应保持直进直出的电路结构。热设计热设计对提高产品的可靠性至关重要,良好的散热直接关系到产品的运行状态和寿命。设计过程中,主要在以下几个方面进行了热设计考虑。功率器件的冷却电机控制中的功率器件需要流过电机的驱动电流,它的开关损耗和管压降损耗会在功率器件本身产生较大的热量......”

2、“.....设计中我们选择液冷对功率器件进行冷板散热,有效的降低控制器的体积要求,并有很好的冷却效果,保持额定负载下冷板温升不超过度。电解电容散热电机控制中铝电解电容用于滤除控制中产生的高次谐波,该谐波具有频率高能量大的特点,会使电容有定的温升,而电容的工作温度直接关系到电容的础上开发了小功率伺服控制产品,调速比达到,产品具有控制精度高,调节时间快特点,振动噪声小,电磁辐射低的特点。参考文献,使用实现交流感应电机的矢量控制。王成元,夏加宽等,现代电机控制技术北京机械工业出版社,陈伯时,电力拖动自动控制系统北京机械工业出版社,命和可靠性。本次设计中将电解电容用定制的夹板固定在控制箱体上,并在电解电容底部与壳体接触部位用导热硅胶固定,来增加控制器抗振动能力,二来降低热阻。另外有效滤除电解电容上的高频分量会极大程度上降低电容的损耗......”

3、“.....控制板电子元器件布局印制板上的器件尽可能按其发热量大小及散热程度分区排列,发热量大或耐热性差的器件散热较好的部位,在水平方向上将充分利用控制器壳体进行散热,并在控制器外壳上增加散热筋。环境适应性设计环境适应性包括高低温设计抗振动能力防水防尘防雨淋烟雾等。设计中在元器件选择上充分考虑了产品的高低温适应能力。抗振动方面,首先在产品结构上进行考虑,其次在装配上给予考虑。产品生产中再进行其它防护处理。特别要强调的是,由于控制器应用环境振动量级较大,控制器结构采用框架式结构,即采用体化成型的铝制框架作为控制器整体的支撑部件,其它器件与部件均安装在框架上。框架安装上采用抗振胶垫在增强产品的抗高频振动能力。结论基于矢量控制的永磁同步电机控制系统,利用了先进的芯片和智能功率驱动模块,实现了电机的快速,精确控制,并实现了可靠的保护功能和良好的用户接口......”

4、“.....可广泛应用于航空航天,采矿冶金,交通工具,空调制冷等行业需要高精度驱动控制领域。在此产品开发的基础上,还可进行小功率和更大功率的永磁电机控制器开发,正弦波矢量解耦控制方案非常实用于高性能伺服控制产品。我公司正在此电压转换为定子相上的三相电压电机稳态电压方程可表示为永磁同步电动机的电磁转矩可表示为由,可简化为式中分别为,轴电压和电流为三相电流为永磁同步电机的极对数为永磁体基波励磁磁场链过定子绕组的磁链为空载电动势。由上式可见,经过坐标变换后,永磁同步电机的电磁转矩公式获得了和直流电动机转矩样的表达式。所以通过检测定制绕组电流和转子位置角度,根据帕克变换原理,可以计算出实际的和,通过调节器调节使实际值与给定值基本相等......”

5、“.....控制算法调节的控制规律为式中,为比例系数为积分常数。对式离散化处理就可以得到数字调节的算法式中,为采样序号第次采样时刻的输出值第次采样输入的偏差值积分系数开始进行控制时的积分系数。对示了坐标变换迭代反变换以及产生的整个过程控制系统程序是个多时基定时的步事件体系。除了对串口进行扫描并判断命令的主程序外,包括控制程序在内的多个程序模块都是以定时器中断方式调用的。考虑到的发生电流采集和位置检测都是用中断实现,为尽量避免多个事件在同意时刻对发出中断请求而造成竞争冒险,控制周期与载波周期之间没有倍数关系。此系统中,采用作为控制周期,采用作为的载波频率,采用作为电流和转子位置采集的周期。速度的计算则是每个控制周期计算次。软件实现流程如图所示......”

6、“.....计算速度和角度读取电机三相电流并根据角度计算和分别进行和的计算将计算结果和进行帕克变换得到,和给出占空比数据,进行调制图程序流程图设计中的重点问题电磁兼容设计电磁兼容设计是指设备在定的电磁环境中能够正常的工作,并且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力,设计的目的就是使设计的电子设备或系统在预期的电磁环境中实现电磁兼容。系统中主要做如下考虑印制板布线先确定元器件在板上的位置,然后布置地线电源线,再安排高速信号线,最后考虑低速信号线。元器件的位置应按电源电压数字模拟电式进步变化,令第次采样时刻的输出值增量为即在调节中,参数增大,将使系统动作灵敏,运行速度加快。在系统稳定的情况下,增大参数,有利于减小稳态误差,提高系统的精度,但是随着参数的增大......”

7、“.....调节时间会增长。值太大,系统将趋向不稳定。而积分常数太小时,系统将趋向不稳定,振荡次数增多而太大时,积分作用对系统性能的影响将减小,不利于消除系统的稳态误差,难以获得较高的控制精度。算法实现和程序流程在速度控制模式下,算法实现步骤如下根据旋转变压器解码数据计算电机转速和当前转子位置角。根据转速设定和转速反馈值进行速度环计算,并将速度环计算结果作为电流环的设定值。分别获得电机三相电流,将三相相电流测量值,和根据当前转子位置角变换为变量和。和变量为变换到旋转坐标系下的正交电流。在稳态条件下,和是常量。比较的实际值与给定值就得到各自的误差信号。给定值用以控制转子磁通。给定值则用以控制电机的转矩输出。误差信号作为控制器的输入。控制器的输出为和,也就是加到电机上的电压矢量。将变量和变换至静止参考坐标系,计算将产生正交电压值和。和值经过反变换得到三相电压值和......”

8、“.....图矢量控制实现结构图图内核。系统采用旋转变压器作为电机转子位置传感器,并采用公司专门的转换芯片作为解码芯片。旋转变压器实际上是种精密控制微电机,具有运行可靠的特点。内置了旋变的励磁输出,只需要经过放大即可,它可将旋变的正余弦输出转换为可配置的位位数据,转换精度高达分。功率模块选用了三菱公司的第五代智能功率模块,它将以及外围驱动和保护电路集成在个模块内,缩小了产品体积,缩短了产品开发周期。生成的路电机驱动信号经过光耦隔离后,送至驱动,实现了控制系统内的强弱电隔离。系统的外部设定输入可以通过接口或者模拟设定给出。系统同时集成了温度检测,电压检测,电流检测,缺相保护,过载保护和功率故障保护功能,可以通过面板指示并通过串口上传给上位机......”

9、“.....为避免功率电干扰控制电路,母线电压采样与主控制电路通过线性光耦隔离,驱动信号与功率保护等采用光耦隔离,通信电路与主控制电路采用光耦隔离。外部仅为电子控制器提供控制电源和功率电源,其它电源均由内部模块转换获得。电源电路方案如图所示。驱动电源母线电压采样隔离前级电路电流霍尔电路串口通信电路路电源模块主控制电路图控制器电源系统控制策略与实现永磁同步电机矢量控制原理转子磁场定向矢量控制是永磁同步电机使用较为广泛的种控制方式。其基本原理是通过坐标变换,在转子磁场定向的同步坐标轴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......”

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