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随着物流业的蓬勃发展,叉车的销量越来越大,电动叉车作为叉车家族的一份子,由于其节能环保、使用成本低、维护保养简单等特点,也受到了越来越多的关注。由永磁同步电机构成的交流永磁控制系统,不但提高了叉车控制系统效率,而且改善了电动叉车的性能,成了电动叉车控制系统发展过程中的一项革命性技术。如何设计交流永磁控制系统,使其满足电动叉车行驶、操作等性能要求成为了研究的关键。目前,智能控制已经广泛应用于交流永磁同步电机的控制中,用以克服交流永磁同步控制系统变参数、非线性等不利于控制的因素,以提高控制系统的稳定性和鲁棒性。
本文通过调研,了解了电动叉车的优点及其发展状况,通过对电动叉车关键技术及其控制系统的研究与分析后,决定研究并实现电动叉车交流永磁控制系统。然后对交流永磁控制系统的各项技术进行了调研,同时对智能控制理论进行了学习。
对交流永磁同步电机的控制方法进行了研究,分析了交流永磁同步电机的数学模型,讨论了坐标转换公式,在此基础上学习了电压空间矢量控制理论,并研究了Id=0的矢量控制,接着对PID控制理论进行了分析研究。
通过前面的理论知识储备及控制方案的调研,结合电动叉车的特点及控制要求,设计了电动叉车交流永磁控制系统的硬件部分。以TMS320F2808为主处理器,STM32为协处理器,主要设计了PWM输出及保护电路、电流检测电路,光电编码器接口电路,通信模块电路,信号量输入/输出电路,以及系统保护电路等。
设计实现了电动叉车交流永磁控制系统的控制程序,对程序的整体框架及主要中断函数,电机的基本运行模式进行了介绍。程序用矢量控制方法实现了电机的基本控制,然后对永磁同步电机的SVPWM控制方法进行MATLAB建模仿真,对控制过程中的各个参数及电机三相上各种电压、电流波形进行了分析。
最后对遗传算法及其对PID控制器参数的整定进行了研究,并结合电机控制的特点及要求,在传统遗传算法上进行了改进,最后成功应用于交流永磁同步电机的控制中。通过对电机运行的各项性能指标的分析,得出改进遗传PID控制的电机在速度响应以及稳定性方面都远远高于传统PID控制下电机的性能。