基于矢量控制的电动叉车驱动系统研究与设计

发布时间：2017-04-16 07:23

  本文关键词：基于矢量控制的电动叉车驱动系统研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着能源危机的日益严重,节能增效技术一直是科研领域的热点,而研制高效的电动叉车以替代效率低的原有内燃机叉车成为重要的科研课题之一。电动叉车电机的特殊性导致通用的变频器无法适用于电动叉车的控制要求,而其控制器的关键技术目前受控于几家国外公司,因此,研制高性能的电动叉车控制器具有很高的经济效益和广阔的市场前景。电动叉车控制器设计的核心在于其驱动系统的设计,故本文主要针对基于矢量控制的电动叉车驱动系统进行了研究和设计。首先,论文分析了传统的SVPWM调制技术的工作原理。通过对加入死区时间的传统SVPWM进行仿真和实验,发现电流波形在过零点处畸变明显。在分析了产生电流畸变的原因后,提出了一种新型死区补偿的调制方法,并详细分析了死区对电压矢量的影响,同时给出了过渡开关状态空间矢量的概念,并举例说明了开关时间的计算方法。通过仿真结果验证新型死区补偿SVPWM调制方式能够有效减小电流的谐波畸变率。然后,论文介绍了异步电机的数学模型和坐标变换。设计基于间接磁场定向的矢量控制系统。对控制系统的电流环和速度环进行了设计,搭建矢量控制系统的Simulink仿真,并对仿真结果进行分析。仿真结果表明控制系统具有很好的动态响应和稳态精度。通过对异步电机数学模型的分析,设计了全阶状态观测器,然后用Matlab/Simulink仿真软件搭建了基于全阶磁链观测器的无速度传感器矢量控制系统的仿真模型。基于仿真模型,进行了大量仿真实验。结果表明：设计的无速度传感器系统具有很好的动态响应和稳态精度,估算转速能很好地跟踪实际转速,并且对系统的负载变化有较好的鲁棒性。最后,在研发的实验样机上对新型死区补偿的矢量控制调制方法进行了实验。电流波形得到了明显的改善,且电机运行更稳定,这验证了设计系统的可行性。
【关键词】：电动叉车驱动系统 间接磁场定向矢量控制 新型死区补偿调制方法 全阶状态观测器
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH242
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题研究背景11
• 1.2 电动叉车国内外发展现状11-13
• 1.2.1 国外发展现状12
• 1.2.2 国内发展现状12-13
• 1.3 电动叉车驱动系统介绍13-15
• 1.3.1 电动叉车驱动系统的分类13
• 1.3.2 电动叉车驱动系统的特点13-14
• 1.3.3 三相异步电机控制系统14-15
• 1.4 矢量控制的发展15-16
• 1.4.1 矢量控制控制技术的发展简介15-16
• 1.4.2 矢量控制的特点16
• 1.4.3 矢量控制技术发展趋势16
• 1.5 课题的主要工作内容及意义16-19
• 1.5.1 主要工作内容16-17
• 1.5.2 课题意义17-19
• 第2章 两电平逆变器新型死区补偿SVPWM调制技术研究19-43
• 2.1 两电平逆变器开关状态19-21
• 2.2 SVPWM工作原理21-25
• 2.2.1 空间矢量21-22
• 2.2.2 作用时间计算22-23
• 2.2.3 开关顺序23-25
• 2.3 混合矢量调制25-30
• 2.3.1 两种导通方式的比较25-26
• 2.3.2 混合矢量控制方法26-27
• 2.3.3 混合矢量方案存在的问题分析27-30
• 2.4 新型死区补偿调制方法30-40
• 2.4.1 死区影响30-31
• 2.4.2 新型死区补偿SVPWM调制方法分析31-34
• 2.4.3 新型死区补偿调制算法实现34-40
• 2.5 基于死区补偿的SVPWM调制方法仿真40-41
• 2.6 本章小结41-43
• 第3章 异步电机的矢量控制基本原理43-65
• 3.1 异步电机的坐标变换和数学模型43-49
• 3.1.1 三相ABC坐标系下的数学模型43-45
• 3.1.2 矢量坐标系下的坐标模型45-47
• 3.1.3 两相静止坐标系下的数学模型47-48
• 3.1.4 两相旋转坐标系下的数学模型48
• 3.1.5 坐标变换48-49
• 3.2 基于转子磁场定向矢量控制的基本原理49-55
• 3.2.1 矢量控制的基本原理49-50
• 3.2.2 转子磁场定向矢量控制原理50-51
• 3.2.3 转子磁链模型51-53
• 3.2.4 转子磁链定向控制系统53-55
• 3.3 矢量控制系统仿真55-63
• 3.3.1 矢量控制系统仿真模型55-57
• 3.3.2 矢量控制系统仿真分析57-63
• 3.4 本章小结63-65
• 第4章 全阶状态观测器矢量控制及系统仿真65-77
• 4.1 模型参考自适应系统65-66
• 4.2 全阶状态观测器速度在线辨识的基本原理66-72
• 4.2.1 感应电机模型66-68
• 4.2.2 感应电机全阶状态观测器转速辨识68-72
• 4.3 离散化方法72-73
• 4.4 基于两电平逆变器的全阶状态观测器矢量控制仿真73-76
• 4.4.1 基于全阶磁链观测器的无速度传感器矢量控制系统仿真模型73-75
• 4.4.2 仿真结果分析75-76
• 4.5 本章小结76-77
• 第5章 系统硬件结构及实验结果分析77-91
• 5.1 电动叉车控制系统的硬件结构77-79
• 5.1.1 电机控制系统的DSP控制部分77-78
• 5.1.2 电机控制系统的检测部分设计78-79
• 5.2 系统硬件实物79-81
• 5.3 实验结果分析81-90
• 5.3.1 驱动信号测量结果82-83
• 5.3.2 缓冲电路测量结果及分析83-86
• 5.3.3 带载实验结果及问题分析86-88
• 5.3.4 开环系统新型死区补偿调制方法实验结果分析88-89
• 5.3.5 矢量控制系统新型死区补偿调制方法实验结果分析89-90
• 5.4 本章小结90-91
• 第6章 总结与展望91-93
• 参考文献93-99
• 致谢99-101
• 攻读硕士学位期间发表论文101

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本文编号：310314