畢業(yè)論文：異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制研究

畢業(yè)論文：異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制研究

摘要
接轉(zhuǎn)矩控制技術是繼矢量控制技術之后發(fā)展起來的一種新型、高性能的變壓變頻調(diào)速技術。它省去了復雜的矢量變化、克服了矢量控制系統(tǒng)對電機轉(zhuǎn)子參數(shù)的依賴性的特點，響應快、控制結構簡單、易于實現(xiàn)全數(shù)字化。 本文介紹了異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理和系統(tǒng)的基本構成，利用MATLAB/SIMULINK工具，構建了異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真模型。利用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標系下計算和控制交流電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，直接跟蹤定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩，采用定子磁場定向，通過開關矢量表產(chǎn)生PWM信號，對逆變器的開關狀態(tài)進行最佳控制，以獲得高動態(tài)性能的轉(zhuǎn)矩響應。通過直接改變影響電動機性能的磁鏈滯環(huán)調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)調(diào)節(jié)器的參數(shù)，實現(xiàn)了對電動機的直接轉(zhuǎn)矩的控制，通過仿真得到仿真圖，對仿真圖進行分析，驗證直接轉(zhuǎn)矩控制技術的有效性和可靠性。
關鍵詞異步電機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
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2.1 概述 8
2.2 異步電動機數(shù)學模型 8
2.2.1 異步電動機理想數(shù)學方程 8
2.2.2異步電動機空間矢量等效電路 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異步電動機磁鏈模型 14
2.5 電壓空間矢量對電動機定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩的影響 16
2.5.1電壓空間矢量對定子磁鏈影響 16
2.5.2 電壓空間矢量對轉(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)設置 22
3.3 仿真結果及分析 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，突然改變轉(zhuǎn)速 30
3. 3. 3在穩(wěn)定狀態(tài)時，突然改變負載轉(zhuǎn)矩 32
第四章 總 結 35
參考文獻 36
后 記 38









第一章 緒論
1.1交流電動機調(diào)速的發(fā)展和現(xiàn)狀
直流電氣傳動和交流電氣傳動在19世紀先后誕生，在20世紀的大部分年代里，在調(diào)速傳動的生產(chǎn)領域內(nèi)，大多采用直流電動機傳動系統(tǒng)，因為直流電動機的磁場電流和電樞電流可以獨立控制，其起動、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態(tài)響應。 但是，直流電動機在結構上存在接觸式的機械換向器，它不僅工藝復雜價格昂貴，而且在運行中很容易產(chǎn)生換向火花和發(fā)生環(huán)火故障。另外，由于換向問題的存在，要求電動機各換向片之間的電壓不能過高，這樣遠遠不能適應現(xiàn)代生產(chǎn)向高轉(zhuǎn)速、大容量化方向發(fā)展的要求。 三相交流電動機，特別是鼠籠型異步電動機，由于其轉(zhuǎn)子上沒有機械換向器，也沒有帶絕緣的繞組，不存在換向火花和環(huán)火現(xiàn)象等問題，因此，它的結構簡單、慣量小、運行可靠，可以更高的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。但與直流電動機相比較，交流電動機調(diào)節(jié)速度比較困難，有很大一部分交流傳動都是應用在恒速運轉(zhuǎn)的場合。
20世紀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70年代后，科學技術的發(fā)展使得交流調(diào)速有了質(zhì)的發(fā)展飛躍，主要有以下四個階段：
 （1）電力電子器件的發(fā)展促進了交流調(diào)速的發(fā)展。電力電子器件主要用于電動機的變頻調(diào)速系統(tǒng)。 
（2）脈寬調(diào)制（PWM）技術。脈寬調(diào)制（PWM）技術的發(fā)展與應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，使得交流電機定子電壓電流接近正弦波形，提高了電機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。此類調(diào)速采用參數(shù)重構和狀態(tài)重構的現(xiàn)代控制的理論實現(xiàn)交流電機定子電流勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量的耦合，實現(xiàn)了等效于直流調(diào)速的控制過程，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)矩控制技術的運用，可獲得更大的瞬時轉(zhuǎn)矩和極快的動態(tài)響應。
（4）微型計算機技術與大規(guī)模集成電路的發(fā)展為現(xiàn)代調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展提供了重要技術手段。由于微機控制技術，尤其是以單片機與DSP為控制核心的微機控制技術，促使交流調(diào)速系統(tǒng)走向數(shù)字化控制，對信息的處理量的增大，可以實現(xiàn)許多復雜的控制方式。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)矩控制技術的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
1.2.1 直接轉(zhuǎn)矩控制技術的現(xiàn)狀
1985年，德國人M.Depenbrock提出了直接轉(zhuǎn)矩控制理論，在實現(xiàn)磁鏈的同時也實現(xiàn)了對直接轉(zhuǎn)矩的控制。直接轉(zhuǎn)矩控制技術一誕生，就以自己新穎的控制思想，簡潔明了的系統(tǒng)結構，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)矩控制理論所實現(xiàn)的系統(tǒng)中，其磁鏈的軌跡是按正六邊形運動，其六邊分別有相應的六個非零電壓矢量與之對應，可簡單的切換六個工作狀態(tài)直接由六個非零電壓矢量完成六邊形磁鏈軌跡，磁環(huán)控制簡單。
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，即讓磁鏈矢量基本上沿園形軌跡運動。這是一種磁鏈的實時控制，通過比較實時計算所得的實際磁鏈幅值與給定值相比較，并同時考慮此時磁鏈所處的位置來選擇電壓矢量及持續(xù)時間的長短。
T.G.Haberler提出了一種預前控制法，即依據(jù)當前狀態(tài)的轉(zhuǎn)矩、磁鏈誤差和反電勢，在一固定的開關周期條件下選擇和計算下一個狀態(tài)所需要的空間電壓矢量。實現(xiàn)恒逆變開關頻率控制。
最近出現(xiàn)了諧振式逆變器構成的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，摒棄了滯環(huán)用純Band-Band控制，使得系統(tǒng)更容易實現(xiàn)。采用軟件開關式逆變器，其開關頻率可以達到幾十個千Hz，它著眼于超大功率傳動問題。
有的學者提出定子磁通定向的新型控制方案，即采用了感應電機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)變換得到靜止坐標下對應作用的定子電壓矢量。
1.2.2 直接轉(zhuǎn)矩控制技術的的發(fā)展趨勢
直接轉(zhuǎn)矩目前雖然已經(jīng)被廣泛運用但是在理論和應用實踐方面仍有許多問題需要進一步研究和探討，主要體現(xiàn)在以下四個方面：
（1）無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的研究
在實際應用中，安裝速度傳感器會增加系統(tǒng)成本，增加了系統(tǒng)的復雜性，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，此外，速度傳感器不實用于潮濕、粉塵等惡劣的環(huán)境下。因此，無速度傳感器的研究便成了交流傳動系統(tǒng)中的一個重要的研究 ……（未完，全文共16256字，當前僅顯示2924字，請閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文：異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制研究》）