论文总字数：22732字

摘 要

本文研究的伺服系统的控制策略为直接转矩控制方法，研究对象为PMSM，由于该方法的算法简单转矩响应迅速且易于实现，所以很多时候被选择来控制交流电动机的转速。传统的DTC方法中存在的问题大致可以归纳总结为两类：第一，由于滞环比较器以及观测器的精度不够以及空间电压矢量数量不够所导致的电磁转矩和定子磁链波动明显，得不到实时有效的控制；第二，由于所选择的空间电压矢量在扇区切换处对磁链和转矩的作用不同步，导致逆变器中的桥臂导通发生错乱输出错误的电压矢量信号，进而导致电机中定子绕组电流失真畸变，可见低速区动态控制性能较差。论文前三章详细分析了传统直接转矩控制的原理以及实现方法同时简要介绍了所涉及的相关基础理论内容，第三章同时也具体分析该方法存在磁链转矩脉动大和电流畸变的原因，同时提出解决问题的控制策略，主要阐述引入SVPWM和矢量细分的基本思想和具体实现方法，论文第四章到第六章通过仿真和实验操作两方面同时证明所提出解决的实际应用性能和正确性的程度，并实现DSP28335的软件设计系统数字化目标。

关键词：交流伺服系统 永磁同步电机 直接转矩控制 矢量细分 空间矢量脉宽调制

Direct torque control method for servo system

Abstract

The control strategy of the servo system studied in this paper is direct torque control method, and the research object is PMSM. Because the algorithm of this method is simple torque response and easy to implement, it is often chosen to control the speed of AC motor. The problems in the traditional DTC method can be roughly summarized into two categories: First, the electromagnetic torque and stator flux fluctuations caused by the insufficient accuracy of the hysteresis comparator and the observer and the insufficient number of space voltage vectors are obvious. There is no real-time effective control; Second, because the selected space voltage vector is not in step with the effect of the magnetic chain and torque at the switch of the sector, the voltage vector signal of the bridge arm in the inverter is distorted, which leads to the distortion of the stator winding current in the motor. It can be seen that the dynamic control performance of the low speed zone is poor. In the first three chapters of this paper, the principle of traditional direct torque control and the realization method are analyzed in detail. The related basic theory content is also briefly introduced. In the third chapter, the reasons for the large magnetic chain torque pulsation and current distortion are also analyzed. At the same time, the control strategy of solving the problem is put forward, and the basic ideas and specific implementation methods of introducing SVPWM and vector subdivision are mainly elaborated. The fourth to sixth chapters of the paper prove the practical application performance and correctness of the proposed solution through simulation and experimental operation. And achieve the DSP28335 software design system digital goal.

Key words：AC servo system; Permanent magnet synchronous motor; Direct torque control; Vector subdivision; SVPWM

目 录

第一章 绪论 1

1.1 伺服系统的研究和现状 1

1.2 直接转矩控制技术研究现状与未来方向 1

1.3 基于SVPWM和基于矢量细分的DTC的前景 2

1.4 论文各章节安排 3

第二章 PMSM概述 4

2.1 PMSM的具体结构以及工作原理 4

2.2 三种不同坐标系下的数学参考模型 4

2.2.1 PMSM在ABC坐标系下的数学表达形式 5

2.2.2 PMSM在αβ坐标系下的数学方程式 5

2.2.3 PMSM在dq坐标系下的数学方程式 7

第三章 PMSM的DTC技术的综合分析 10

3.1 直接转矩控制基本原理 10

3.1.1 空间矢量的基本概念 10

3.1.2 逆变器工作原理与基本电压空间矢量的概念 10

3.1.3 空间电压矢量对磁链和转矩的控制 12

3.2 基于传统DTC的PMSM分析 13

3.2.1 磁链和转矩滞环比较器的分析 14

3.2.2 空间电压矢量的选择的分析 14

3.3 改进算法 15

3.3.1 SVPWM技术基本原理 15

3.3.2 SVPWM-DTC具体算法实现 16

3.3.3 矢量细分技术基本原理 19

3.3.4 基于矢量细分DTC算法实现 19

第四章 系统仿真 21

4.1 Matlab仿真软件概述 21

4.2 传统的DTC系统的设计与仿真 21

4.3 基于SVPWM的DTC系统的设计与仿真 22

4.3.1 坐标变换环节分析 23

4.3.2 磁链和转矩计算环节分析 23

4.3.3 参考电压矢量计算环节分析 24

4.3.4 空间电压矢量脉宽调制环节分析 24

4.4 基于矢量细分的DTC系统的设计与仿真 27

4.5 仿真结果分析 28

第五章 基于DSP28335伺服电机DTC系统的软件设计 30

5.1 主程序设计流程 30

5.2 中断服务程序设计流程 31

5.3 SVPWM模块设计流程 31

第六章 PMSM控制系统的试验及分析 33

6.1 硬件实验平台 33

6.2 实验结果及分析 34

结语 36

参考文献 37

致谢 39

第一章 绪论

1.1 伺服系统的研究和现状

伺服系统的发展从开环到闭环、从直流到交流，与此同时人们对电机伺服系统不断提出新要求，由于传统直流电动机在具体的实际使用过程中频繁的出现较多不可抗因素，存在结构繁琐、体积过大、转动惯量不小、反应速度不快、对现场各种不确定因素的适应能力较弱等问题^[1],直到现在来看，在各种相关技术控制理论的全面发展的前提下，该系统的久远的发展未来基本是在可预见的范围内显而易见的好。其中PMSM由于优点突出成为交流伺服系统研究对象的不二之选，交流伺服系统的研究致力于实现数字智能化、高品质控制性能的目标^[2]。

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