基于永磁同步无齿轮曳引机的节能电梯控制系统算法和软件设计

【摘要】：永磁同步电机以效率高、体积小、控制性能好等优点逐步成为新型电梯曳引机的主流。针对永磁同步电机的电梯驱动与控制技术已成为国内外的研究热点。 本文主要完成电梯用永磁同步电机伺服系统的控制算法设计与软件实现。首先分析了永磁同步曳引机驱动系统组成结构和工作原理,详细介绍了永磁同步电机的数学模型及其矢量控制策略,在此基础上对永磁同步曳引机伺服系统进行了数学建模。为了满足电梯对永磁同步电机调速控制的要求,分别设计了基于先进PID控制和模糊自整定PID控制的控制器,并利用Matlab进行仿真验证。 针对永磁同步曳引机伺服控制系统,设计了抗抖振的滑模控制器,分析了系统稳定性,仿真结果验证了抗抖振滑模控制算法的有效性。为了有效克服系统模型的参数不确定性、外部扰动以及未建模动态,提高系统鲁棒性,设计了自适应鲁棒控制器,对控制系统的稳定性及跟踪性能进行了理论分析和证明,仿真结果也证实了所设计的自适应鲁棒控制算法的有效性。 完成了基于DSP芯片的永磁同步曳引机矢量控制系统的软件设计以及相关算法实现。采用模块化设计思想,分别设计了速度环模块、电流环模块、SVPWM模块以及通信模块等。 最后进行了软硬件的联合调试,分析了调试中遇到的主要问题,并给出了解决方案。实验结果表明,所设计的永磁同步曳引机伺服系统具有较好的调速性能,能够满足电梯驱动系统的要求。 【关键词】：电梯 永磁同步曳引机 先进PID 模糊PID 自适应鲁棒控制 DSP
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU857;TM341
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 电梯产业现状8-9
• 1.2 电梯节能9-10
• 1.3 电梯驱动技术10-11
• 1.4 永磁同步电机控制技术11-12
• 1.5 电梯驱动控制发展趋势12-13
• 1.6 本文的研究内容13-14
• 2 永磁同步曳引机控制系统分析与建模14-27
• 2.1 电梯系统简介14-16
• 2.1.1 电梯负载转矩分析14-15
• 2.1.2 电梯控制系统性能要求15-16
• 2.2 永磁同步电机系统模型16-19
• 2.2.1 坐标变换16-18
• 2.2.2 dq0坐标系下的数学模型18-19
• 2.3 永磁同步电机的磁场定向控制19-23
• 2.3.1 纵轴电流i_d=0控制20
• 2.3.2 i_d=0控制的实现20-21
• 2.3.3 空间矢量脉宽调制原理21-23
• 2.4 永磁同步曳引机伺服控制系统23-27
• 2.4.1 电梯曳引机控制系统实验平台23-24
• 2.4.2 永磁同步曳引机的速度控制24-26
• 2.4.3 永磁同步曳引机的位置控制26-27
• 3 永磁同步曳引机调速系统的控制算法研究27-37
• 3.1 引言27
• 3.2 基于扰动观测器的先进PID控制27-30
• 3.2.1 先进PID控制27-28
• 3.2.2 扰动观测器的设计原理28-29
• 3.2.3 先进PID控制及其在PMSM调速系统中的应用29-30
• 3.3 模糊PID控制30-32
• 3.3.1 模糊PID控制的基本原理30-31
• 3.3.2 模糊自整定PID控制器的设计31-32
• 3.4 算法仿真验证32-37
• 3.4.1 电梯调速系统的先进PID控制32-34
• 3.4.2 电梯调速系统的模糊PID控制34-37
• 4 永磁同步曳引机位置伺服系统的鲁棒控制37-51
• 4.1 引言37
• 4.2 滑模控制算法研究37-42
• 4.2.1 滑模控制基本原理37-38
• 4.2.2 永磁同步曳引机的滑模控制38-40
• 4.2.3 抗抖振算法研究40-42
• 4.3 自适应鲁棒控制42-47
• 4.3.1 自适应鲁棒控制基本原理42-43
• 4.3.2 永磁同步曳引机的ARC控制43-47
• 4.4 仿真验证47-51
• 5 电梯调速系统的软件实现51-62
• 5.1 系统结构51-52
• 5.2 软件开发环境52-53
• 5.2.1 CCS简介52
• 5.2.2 IQmath库函数52-53
• 5.3 软件总体架构53-54
• 5.4 功能模块的实现54-62
• 5.4.1 速度曲线的生成54
• 5.4.2 速度环的软件实现54-56
• 5.4.3 电流环的软件实现56-58
• 5.4.4 SVPWM的软件实现58-60
• 5.4.5 通信模块设计60-62
• 6 系统调试62-71
• 6.1 调试过程中的若干问题与解决方法62-67
• 6.1.1 转子初始位置检测62-64
• 6.1.2 电流采样结果校正64-67
• 6.2 调试结果与分析67-71
• 6.2.1 SVPWM波形观测67-68
• 6.2.2 通信模块测试68-69
• 6.2.3 电机调速曲线69-71
• 7 总结与展望71-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-78
• 附录78

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