基于矢量控制的电动叉车驱动系统研究与设计

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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。
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