畢業(yè)論文：異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制研究

畢業(yè)論文：異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制研究

摘要
接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是繼矢量控制技術(shù)之后發(fā)展起來(lái)的一種新型、高性能的變壓變頻調(diào)速技術(shù)。它省去了復(fù)雜的矢量變化、克服了矢量控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)的依賴性的特點(diǎn)，響應(yīng)快、控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化。 本文介紹了異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理和系統(tǒng)的基本構(gòu)成，利用MATLAB/SIMULINK工具，構(gòu)建了異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真模型。利用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標(biāo)系下計(jì)算和控制交流電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，直接跟蹤定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩，采用定子磁場(chǎng)定向，通過(guò)開關(guān)矢量表產(chǎn)生PWM信號(hào)，對(duì)逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控制，以獲得高動(dòng)態(tài)性能的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。通過(guò)直接改變影響電動(dòng)機(jī)性能的磁鏈滯環(huán)調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)調(diào)節(jié)器的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩的控制，通過(guò)仿真得到仿真圖，對(duì)仿真圖進(jìn)行分析，驗(yàn)證直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的有效性和可靠性。
關(guān)鍵詞異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制磁鏈仿真

ABSTRACT
The Direct Torque Control (DTC) following the Vector Control is a new type and high-performance technology. Compare with Vector Control Which has complicated coordinate transformation and strong dependency of parameters, the DTC techniq
……（新文秘網(wǎng)http://m.120pk.cn省略1041字，正式會(huì)員可完整閱讀）……　
2.1 概述 8
2.2 異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型 8
2.2.1 異步電動(dòng)機(jī)理想數(shù)學(xué)方程 8
2.2.2異步電動(dòng)機(jī)空間矢量等效電路 10
2.3 逆變器的輸出電壓狀態(tài)及電壓空間矢量 11
2.3.1逆變器輸出電壓狀態(tài) 11
2.3.2 電壓空間矢量 13
2.4異步電動(dòng)機(jī)磁鏈模型 14
2.5 電壓空間矢量對(duì)電動(dòng)機(jī)定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩的影響 16
2.5.1電壓空間矢量對(duì)定子磁鏈影響 16
2.5.2 電壓空間矢量對(duì)轉(zhuǎn)矩的影響 17
第三章 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的SIMULINK仿真 19
3.1 MATLAB/SIMULINK介紹 19
3.2 仿真模型搭建及參數(shù)設(shè)置 22
3.3 仿真結(jié)果及分析 24
3.3.1改變磁鏈滯環(huán)容差 24
3.3.2在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，突然改變轉(zhuǎn)速 30
3. 3. 3在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，突然改變負(fù)載轉(zhuǎn)矩 32
第四章 總 結(jié) 35
參考文獻(xiàn) 36
后 記 38









第一章 緒論
1.1交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的發(fā)展和現(xiàn)狀
直流電氣傳動(dòng)和交流電氣傳動(dòng)在19世紀(jì)先后誕生，在20世紀(jì)的大部分年代里，在調(diào)速傳動(dòng)的生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)，大多采用直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，因?yàn)橹绷麟妱?dòng)機(jī)的磁場(chǎng)電流和電樞電流可以獨(dú)立控制，其起動(dòng)、調(diào)速性能和轉(zhuǎn)矩控制特性都比較理想，并容易獲得良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 但是，直流電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上存在接觸式的機(jī)械換向器，它不僅工藝復(fù)雜價(jià)格昂貴，而且在運(yùn)行中很容易產(chǎn)生換向火花和發(fā)生環(huán)火故障。另外，由于換向問(wèn)題的存在，要求電動(dòng)機(jī)各換向片之間的電壓不能過(guò)高，這樣遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)向高轉(zhuǎn)速、大容量化方向發(fā)展的要求。 三相交流電動(dòng)機(jī)，特別是鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，由于其轉(zhuǎn)子上沒有機(jī)械換向器，也沒有帶絕緣的繞組，不存在換向火花和環(huán)火現(xiàn)象等問(wèn)題，因此，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、慣量小、運(yùn)行可靠，可以更高的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。但與直流電動(dòng)機(jī)相比較，交流電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)速度比較困難，有很大一部分交流傳動(dòng)都是應(yīng)用在恒速運(yùn)轉(zhuǎn)的場(chǎng)合。
20世紀(jì)60年代以后，由于生產(chǎn)發(fā)展需要，交流調(diào)速的到發(fā)展。20世紀(jì)70年代后，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使得交流調(diào)速有了質(zhì)的發(fā)展飛躍，主要有以下四個(gè)階段：
 （1）電力電子器件的發(fā)展促進(jìn)了交流調(diào)速的發(fā)展。電力電子器件主要用于電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)。 
（2）脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)。脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用使得變頻裝置的性能的到優(yōu)化，適用于各類交流調(diào)速系統(tǒng)。其克服了相控原理的所有弊端，使得交流電機(jī)定子電壓電流接近正弦波形，提高了電機(jī)的功率因素和輸出功率。
（3） 矢量變換控制的發(fā)展奠定了現(xiàn)代交流調(diào)速高性能的基礎(chǔ)。此類調(diào)速采用參數(shù)重構(gòu)和狀態(tài)重構(gòu)的現(xiàn)代控制的理論實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)定子電流勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量的耦合，實(shí)現(xiàn)了等效于直流調(diào)速的控制過(guò)程，使得交流調(diào)速性能得到改善和提高。繼矢量控制后直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的運(yùn)用，可獲得更大的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩和極快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
（4）微型計(jì)算機(jī)技術(shù)與大規(guī)模集成電路的發(fā)展為現(xiàn)代調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展提供了重要技術(shù)手段。由于微機(jī)控制技術(shù)，尤其是以單片機(jī)與DSP為控制核心的微機(jī)控制技術(shù)，促使交流調(diào)速系統(tǒng)走向數(shù)字化控制，對(duì)信息的處理量的增大，可以實(shí)現(xiàn)許多復(fù)雜的控制方式。提高了交流調(diào)速系統(tǒng)的可靠性和操作設(shè)置的多樣性和靈活性，降低交流調(diào)速裝置的成本和體積。
1.2 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
1.2.1 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的現(xiàn)狀
1985年，德國(guó)人M.Depenbrock提出了直接轉(zhuǎn)矩控制理論，在實(shí)現(xiàn)磁鏈的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了對(duì)直接轉(zhuǎn)矩的控制。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)一誕生，就以自己新穎的控制思想，簡(jiǎn)潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的靜態(tài)性能受到了普遍的注意和得到了迅速的發(fā)展。
根據(jù)M.Depenbrock所提出的直接轉(zhuǎn)矩控制理論所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)中，其磁鏈的軌跡是按正六邊形運(yùn)動(dòng)，其六邊分別有相應(yīng)的六個(gè)非零電壓矢量與之對(duì)應(yīng)，可簡(jiǎn)單的切換六個(gè)工作狀態(tài)直接由六個(gè)非零電壓矢量完成六邊形磁鏈軌跡，磁環(huán)控制簡(jiǎn)單。
日本東芝公司的Takahashi教授于1986 年提出了磁鏈軌跡的園形方案，即讓磁鏈?zhǔn)噶炕旧涎貓@形軌跡運(yùn)動(dòng)。這是一種磁鏈的實(shí)時(shí)控制，通過(guò)比較實(shí)時(shí)計(jì)算所得的實(shí)際磁鏈幅值與給定值相比較，并同時(shí)考慮此時(shí)磁鏈所處的位置來(lái)選擇電壓矢量及持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短。
T.G.Haberler提出了一種預(yù)前控制法，即依據(jù)當(dāng)前狀態(tài)的轉(zhuǎn)矩、磁鏈誤差和反電勢(shì)，在一固定的開關(guān)周期條件下選擇和計(jì)算下一個(gè)狀態(tài)所需要的空間電壓矢量。實(shí)現(xiàn)恒逆變開關(guān)頻率控制。
最近出現(xiàn)了諧振式逆變器構(gòu)成的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，摒棄了滯環(huán)用純Band-Band控制，使得系統(tǒng)更容易實(shí)現(xiàn)。采用軟件開關(guān)式逆變器，其開關(guān)頻率可以達(dá)到幾十個(gè)千Hz，它著眼于超大功率傳動(dòng)問(wèn)題。
有的學(xué)者提出定子磁通定向的新型控制方案，即采用了感應(yīng)電機(jī)定子磁鏈定向的解耦模型，首先求出所需的d、q軸定子電流，然后得到d、q軸定子電壓指令，經(jīng)旋轉(zhuǎn)變換得到靜止坐標(biāo)下對(duì)應(yīng)作用的定子電壓矢量。
1.2.2 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的的發(fā)展趨勢(shì)
直接轉(zhuǎn)矩目前雖然已經(jīng)被廣泛運(yùn)用但是在理論和應(yīng)用實(shí)踐方面仍有許多問(wèn)題需要進(jìn)一步研究和探討，主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：
（1）無(wú)速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的研究
在實(shí)際應(yīng)用中，安裝速度傳感器會(huì)增加系統(tǒng)成本，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，此外，速度傳感器不實(shí)用于潮濕、粉塵等惡劣的環(huán)境下。因此，無(wú)速度傳感器的研究便成了交流傳動(dòng)系統(tǒng)中的一個(gè)重要的研究 ……（未完，全文共16256字，當(dāng)前僅顯示2924字，請(qǐng)閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文：異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制研究》）