中文翻译论文-异步电动机基于svpwm的简化三电平矢量控制系统的研究

中北大学2013届毕业论文第11页共10页异步电动机基于SVPWM的简化三电平矢量控制系统的研究1绪论三电平逆变器是应用于高压大容量传输领域的电源转换器,起源于1977年德国学者霍尔兹提出的三电平逆变器主电路及其程序。1980年,纳夫莱和日本长冈大学的一些人在此基础上继续研究发展,用一对二极管取代了辅助夹开关,并且连接到上部和下部引脚主要开关的中点的按顺序分别补足中点箝位。图1显示了该二极管中性点固定三电平逆变器的拓扑结构。图1二极管中性点固定三电平逆变器拓扑图2简化三电平SVPWM算法三电平逆变器拓扑结构的每一相需要四个功率开关,两个钳位二极管,和四个持续流二极管。不同的开关组合能产生不同的电压空间矢量规范，三电平逆变器可以产生27种不同的电压空间矢量规范,每个适量对应着三电平逆变器不同的开关状态。三电平电压空间矢量图如图2所示。图2三电平电压空间矢量三电平电压空间矢量比两电平电压空间矢量复杂很多。过去，多数的三电平电压空间矢量控制方式是将一个象限划分为四个小三角形。然后在每个小三角形里解决每个有效矢量动作时间。解决所有的24个小三角形计算量是巨大的，为了确定的模式向量合成它需要解决在每个象限每个三角形的开关角。所以与三角载波比较时我们可以计算比较。这个计算方法是复杂的,很难适用于拓扑的三级或n能级(n≥3)逆变器。三电平空间矢量可以被认为是由传统二级空间向量构成的6个小六角形。三电平空间矢量图的每一个六角形的中心是小六边形内部的顶点。三级空间矢量的分析如图3所示图3三电平空间矢量分析三级电压空间矢量平面原始点是V0，当我们将三电平电压空间矢量平面减为两相电压空间矢量平面时，期望合成输出电压空间矢量的平面转化为包含参考电压空间矢量的小六角形。原始点的6小六角是V1、V2、V3、V4、V5和V6.修正后我们可以考虑新的参考电压空间向量作为所需的输出电压空间矢量，然后按有效的顺序变换每个有效矢量和零矢量的坐标，然后整个研究平面完全转换为两级电压空间矢量平面。以下分析是专注于向量的动作时间受到坐标变换的影响是基于第一象限的第一个小六边形:Vref是未修正前的参考电压空间矢量，V1、V7、V8分别是主要的向量,二级矢量和零矢量的三级电压空间矢量平面,t6、t4、t0分别是向量的动作时间,一定有一个原始点的三个向量是包含参考电压空间矢量小六角的原始点。每个向量在二电平平面的每个象限动作时间的分析可以很容易地扩展到三级平面。在两电平平面,当参考电压空间矢量在第一个象限:V6是主向量，V4是二级矢量，V0是零向量。这样,这意味着,当参考电压空间矢量在第一象限,,主要矢量的动作时间是公式(1),二次向量公式的动作时间是(2),零向量动作时间的是公式(3)。然后扩展到了三电平平面:首先，我们应该修改参考电压空间矢量,这意味着Vαs_ref=Vα-Ed/3,Vβs_ref=Vβ,Ed是三电平拓扑的直流侧电压。其次,分别用Vαs_ref和Vβs_ref,在公式1中替换Vα和在公式2替换Vβ。然后将Udc替换为Ed/2.这样,我们把两电平级逆变器的电压空间矢量控制算法扩展为三级逆变器。我们可以通过参考参考量改变开关序列而解决中性点电位波动的问题。这个方法根据母线之间和更低的母线在重叠区域的实际电压差选择不同的部分。更多细节在这里也没有讨论。3无速度矢量控制算法3.1复杂矢量异步电动机的数学模型异步电机电压,磁链方程表示为一个复合向量如下所示:电磁转矩方程如下:np是级对数。.3.2磁链观测图4显示了无速度传感器异步电机的矢量控制系统,系统采用速度和电流闭环控制,采用PI控制调节器,关键部分是磁链观测模块和速度观测模块。图4无速度传感器异步电机矢量控制系统图5是一个完整的闭环转子磁链观测器。图5完整的闭环转子磁链观测器它由一个开环电流模型和自适应电压模型组成。隐含给定,前者可以提供跟多精确值,尤其是低速时。后者有一个相对宽的速度调节范围,我们可以在两者之间获得流畅的转换同时通过合理选择闭环特征值有效的结合不同速度段的优势，这可以用于大速度范围的转子磁链观测。3.3电流模型根据公式(5)和(6),异步电机同步旋转系电流模块如下:d轴符合转子磁场的方向,所以q轴是0。经过Park反变换,两相静止坐标系的转子磁链可用。.电流模块的输出,也就是两相静止坐标系定子磁链ψiαβ可以计算如下：3.4电压模块应用定子电压电流测量,两相静止坐标系定子磁链可以表达如下:Ucomp,αβs是考虑到纯积分零点漂移的补偿值,初值问题,定子阻抗测量误差及观测误差引起的电动势值太小等等。低速度时,由PI输出器的补偿值如下：.变换方程(13),可用的电压模型两相静止坐标系转子通量表达式:最后,计算转子磁通角：4系统组成该系统主要由主电路和控制器组成。4.1主电路主电路采用典型的交流-直流-交流电压源逆变结构，图1显示了特定的拓扑图,整流部分的功率器和环节逆变器采IGBT,直流环节的中间部分使得电容滤波器获得一个平滑的直流值。通过功率器件的开关,逆变部分输出交流电压脉冲序列。4.2控制器以TMS320F2812DSP和CPLD.DSP为核心和基础的系统控制主电路可以达到系统初始化和系统脉冲的输出的功能。模拟部分主要完成电源和电机电压和电流信号的获取。数字部分主要是完成方向电机的启动和停止信号采集。光纤触发部分主要是实现电气隔离控制电路和主电路,DSP的PWM信号以光的形式输出到IGBT触发板的光学表面,这可以提高系统的抗干扰能力。图六显示了系统的整体框架。图6系统整体框架5运行结果系统分析基于以上的硬件设计,在本论文中使用简化的三电平SVPWM控制技术,基于TMS320F2812DSP组建实验平台，应用无速度传感器矢量控制,按照合成矢量序列输出所需电压。使用AgilentMSO6014A100M从数/模输出波形获得模数混合示波器实验波形。结果如图7a-d所示,图7a-b显示了55kW异步电机稳态试验波形相电压,相电流，转子磁链和通量角当频率50HZ且空载时,图7c-d显示了当以.50HZ空载启动是的相电压波形，相电流，及给定速度速度辨识的结果。图755KV异步电机50HZ空载启动实验波形我们可以从以上实验波形得出结论。当使用简化SVPWM控制算法去实现感应电机无速度传感器矢量控制时,输出电压电流波形是理想的,磁链估计及速度都获得了较高精度。此外,从启动波形看，该系统具有快速的动态响应能力,增速时间在1.5s之内,充分反映了矢量控制的优点。实践证明无速度传感器矢量控制算法是简洁的，并能实现良好的性能，具有良好的推广价值。基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发锅炉的单片机控制系统基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制一种RISC结构8位单片机的设计与实现基于单片机的公寓用电智能管理系统设计