李权文献综述

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1、本科生毕业设计（论文）文献综述题目：永磁同步电动机矢量控制DSP硬件系统设计姓名：李权学号：010600538学院：电气工程与自动化专业：电气工程与自动化（应用电子方向）年级：2006级指导教师：周扬忠2010年2月28日永磁同步电动机矢量控制DSP硬件系统设计文献综述摘要：介绍了一种基于矢量控制理论的永磁同步电动机控制系统。该系统以数字信号处理器(DSP)为核心器件,采用速度、电流双闭环控制策略,同时将矢量控制和电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制应用到系统的闭环控制中。阐述了系统的工作原理、硬件结构和软件编程,最后进行了实验研究。实验结果表

2、明,该系统具有硬件设计独特、抗干扰能力强以及动态响应快等优点。关键词：永磁同步电动机，矢量控制，DSP硬件设计1引言永磁同步电动机具有转动惯量小、响应速度快、效率高和功率密度高等优点,因此在高性能的伺服领域中得到了广泛应用。但是永磁同步电动机存在非线性、时变性和强耦合的特点,因此采用经典的基于对象模型的控制算法难以得到有效的控制。从改善永磁同步电动机系统的性能出发,采用矢量控制策略,实现了直轴电流id和转矩分量电流iq的解耦,同时将SVPWM控制应用到系统的闭环控制中,从而简化了系统设计并实现了宽范围调速。本设计以DSP芯片TMS320F2806

3、为核心,采用先进的SVPWM控制技术,结合硬件电路,对永磁同步电动机的控制系统进行硬件设计,使系统具有良好的动静态性能。2永磁同步电动机2.1永磁同步电动机发展概况世界上第一台电机是由Barlow于1831年发明的。但是，由于当时采用的天然磁铁磁性能太差，电机的磁能积不足而很快被电励磁电机所取代。到本世纪20年代，美国GE公司利用铁氧体磁钢研制出一批微型永磁同步电动机，但功率很小。到了六七十年代，第一代和第二代稀土钐钴永磁材料SmCo5，SmCo17相继问世，其优异的磁性能使得永磁电机的发展呈现出新的、繁荣的生机。但是钐、钴均为稀有金属，价格昂贵

4、，给实际广泛的应用带来了困难。1983年，日本住友特殊金属公司、美国通用汽车公司分别研制成功稀土钕铁硼（NdFeB）永磁材料，国际上称为第三代稀土永磁材料。NdFeB磁钢磁能积高，性能优越，而且原材料丰富，价格较便宜，尤其我国是稀土大国，总储量占世界的80%，因此，研制、开发NdFeB永磁电机更具有得天独厚的条件。从1984年起，各工业发达国家竞相研制高性能永磁电机。日本住友公司和美国通用公司分别批量制造用于计算机外存储器的音圈电机及NdFeB永磁汽车起动电机；德国西门子公司经十多年努力，采用多种结构，研制成功用于化纤工业的高速永磁电动机和用于交

5、流调速系统的IUA3系列永磁同步电动机。与传统异步电机相比，稀土NdFeB永磁同步电动机的优点在于：(1)明显的节电效果。效率表示电机运行时有功功率的利用率；而功率因数则表示电动机运行时的无功功率的利用率。效率与功率因数的乘积综合反应了电动机在能量转换过程中的电能利用的有效性，是衡量电动机能力水平高低的重要指标。永磁同步电动机用永磁体取代电励磁，且无励磁损耗；在同步运行时，转子绕组中无感应电流，就没有铜耗，由于定、转子同步，转子铁芯中也没有铁耗。因此，永磁同步电机的效率较电励磁同步电机和异步电机为高，而且不需要从电网吸取滞后的励磁电流，从而大大节

6、约了无功，极大地提高了电机的功率因数．(2)稀土永磁NdFeB磁钢具有很高的磁能积，它的剩余磁感应强度Br、矫顽力HC都较大，用较少的永磁磁钢就能产生足够的电机磁能积，因此电机体积、尺寸可以大为减小，成为高效率、高密度电机。(1)对于采用NdFeB的永磁同步电动机，转子上不需要电励磁装置，大大简化了转子结构，提高了电机运行的稳定性。80年代以来，随着电力电子技术的飞速发展，交流调速已经到了可以与直流调速相媲美的程度，并大有后来居上的趋势，而交流变频调速又是当前交流电机凋速的主要发展方向．虽然永磁同步电动机具有以下优点：(1)电机转速与电源频率间始

7、终保持准确的同步关系，控制电源频率就能控制电机的转速；(2)永磁同步电机具有较硬的机械特性，对于因负载变化而引起的电机转矩的扰动具有较强的承受能力；(3)由于永磁电动机转子上有永久磁铁作为励磁，电机可以在很低的转速下保持同步运行，调速范围宽；(4)一定范围内的开环调速，比交流异步电动机的闭环调速更具优越性．但永磁同步电动机及其调速系统也存在着电压、电流，磁通、转矩的“脉动”或“振荡”现象，都是亟需研究的问题[1]。2.2永磁同步电动机的运行控制永磁同步电动机的运行可分为外同步和自同步二类。用独立的变频电源向永磁同步电动机供电，同步电动机转速严格地

8、跟随电源频率而变化，此即为外同步式永磁同步电动机运行。外同步运行常用于开环控制，由于转速与频率的严格关系，此运行方式适合在多台电动机要求