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内置式永磁同步机转矩脉动抑制方法的研究
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ClassifiedIndex：TM35l U．D．C：621．3 ThesisfortheMaster Degree ResearchontheMethodof ReducingTorquePulsating forInteriorPermanent Machine MagnetSynchronous
Candidate： Zhao Jizong
Supervisor： Prof．WangAimeng of SchoolElectrical
School： Engineering
DateofDefence： March，2013 NorthChinaElectricPower
Degree--Conferring-?Institution： University 华北电力大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《内置式永磁同步电机转矩脉动
抑制方法的研究》，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位期间独
立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人 已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签名： 日期：乃I弓年三 月6日 华北电力大学硕士学位论文使用授权书 《内置式永磁同步电机转矩脉动抑制方法的研究》系本人在华北电力大学攻
读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归华北电
力大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北
电力大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文
的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权华北电力大学，可以采
用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。 本学位论文属于 请在以上相应方框内打“√” ： 保密口，在 年解密后适用本授权书 不保密酉 作者签名： 匆钇敌 日期：乃渗年；月iJ日 导师签名： 日期：如13年≥月f弓日 华北电力大学硕士学位论文 摘 要 近年来，稀土永磁材料和电力电子
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永磁同步电机伺服系统扭转振动抑制的研究
【摘要】：永磁同步电机因其具有体积小、转动惯量低、噪声低、效率高和功率因数高等一系列优点，常作为伺服系统的执行机构广泛应用于各个生产领域。在实际应用中，为了降低成本和提高系统的灵活性，永磁同步电机伺服系统通常采用柔性连接，这种传动结构不可避免的给伺服系统带来了扭转振动的问题。伺服系统的振动问题严重限制了伺服系统频率响应带宽的提高，同时影响了伺服系统高性能、高精度的发展。
由于永磁同步电机伺服系统是一个高度耦合的多惯量系统，分析系统比较困难，因此，本文首先将强耦合的伺服系统简化为双惯量系统，并根据双惯量系统模型，研究了永磁同步电机伺服系统扭转振动产生的原因。在对永磁同步电机伺服系统模型分析的基础上，本文通过对伺服系统进行FFT频谱分析，提取出伺服系统的谐振频率，然后自动调整IIR陷波器的参数，从而对伺服系统的扭转振动进行自适应抑制。最后利用Matlab/Simulink构建永磁同步电机伺服系统仿真模型进行仿真，仿真研究表明这种控制方法能够有效抑制伺服系统的扭转振动。
谐振频率检测是对伺服系统扭转振动抑制的关键，其实现方式有软件实现和硬件实现两种，为了便于永磁同步电机伺服系统的升级和扩展，本文采用了硬件方式实现谐振频率检测算法。首先通过自上而下的设计方法，将整个算法划分为几个功能单元，再利用硬件描述语言Verilog HDL完成了各个单元的设计，最后在FPGA仿真平台上验证了设计的有效性。
【关键词】：
【学位授予单位】：华南理工大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2013【分类号】：TM341;TB535【目录】：
摘要5-6Abstract6-9第一章 绪论9-15 1.1 课题研究的背景和意义9-10 1.2 永磁同步电机伺服系统的历史和发展10-12 1.3 永磁同步电机扭转振动的研究现状12-13 1.4 本文的主要研究内容13-14 1.5 本章小结14-15第二章 PMSM 伺服系统扭转振动的研究15-29 2.1 引言15 2.2 PMSM 伺服系统控制理论15-20
2.2.1 永磁同步电机数学模型15-16
2.2.2 永磁同步电机的控制策略16-17
2.2.3 永磁同步电机的矢量控制方法17-18
2.2.4 电压空间矢量调制技术基本原理18-20 2.3 PMSM 伺服系统扭转振动的分析20-24 2.4 扭转振动抑制的传统方法24-28
2.4.1 降低系统开环增益控制方法25
2.4.2 低通滤波器控制方法25-26
2.4.3 加速度反馈控制方法26-28 2.5 本章小结28-29第三章 PMSM 伺服系统扭转振动的自适应抑制29-47 3.1 引言29 3.2 扭转振动自适应抑制原理29-30 3.3 谐振频率检测原理30-36
3.3.1 快速傅里叶变换30-31
3.3.2 按时间抽选的基-2 FFT 算法31-33
3.3.3 按频率抽选的基-2 FFT 算法33-35
3.3.4 谐振频率提取算法原理35-36 3.4 IIR 陷波器的设计36-41
3.4.1 陷波器抑振原理36-38
3.4.2 IIR 滤波器和 FIR 滤波器38-40
3.4.3 IIR 滤波器的设计40-41 3.5 PMSM 伺服系统扭振抑制的仿真和分析41-46 3.6 本章小结46-47第四章 谐振频率检测的 FPGA 实现47-61 4.1 引言47 4.2 FPGA 简介47-51
4.2.1 FPGA 的工作原理及结构47-49
4.2.2 FPGA 的设计流程49-51
4.2.3 硬件描述语言51 4.3 谐振频率检测模块的实现51-58
4.3.1 控制逻辑单元52-53
4.3.2 蝶形运算单元53-54
4.3.3 地址生成单元54-55
4.3.4 旋转因子单元55-56
4.3.5 双端口 RAM 单元56
4.3.6 谐振频率提取算法单元56-58 4.4 FPGA 测试与验证58-60 4.5 本章小结60-61结论与展望61-63 1 本文工作总结61 2 未来工作展望61-63参考文献63-66攻读硕士学位期间取得的研究成果66-67致谢67-68附录68
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