畢業(yè)論文：異步電機直接轉矩控制研究

畢業(yè)論文：異步電機直接轉矩控制研究

摘要
接轉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)對電機轉子參數的依賴性的特點，響應快、控制結構簡單、易于實現全數字化。 本文介紹了異步電機直接轉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矩，直接跟蹤定子磁鏈和轉矩，采用定子磁場定向，通過開關矢量表產生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)性能的轉矩響應。通過直接改變影響電動機性能的磁鏈滯環(huán)調節(jié)器和轉矩滯環(huán)調節(jié)器的參數，實現了對電動機的直接轉矩的控制，通過仿真得到仿真圖，對仿真圖進行分析，驗證直接轉矩控制技術的有效性和可靠性。
關鍵詞異步電機直接轉矩控制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 異步電動機數學模型 8
2.2.1 異步電動機理想數學方程 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 電壓空間矢量對轉矩的影響 17
第三章 直接轉矩控制系統(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，突然改變轉速 30
3. 3. 3在穩(wěn)定狀態(tài)時，突然改變負載轉矩 32
第四章 總 結 35
參考文獻 36
后 記 38









第一章 緒論
1.1交流電動機調速的發(fā)展和現狀
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，在調速傳動的生產領域內，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、調速性能和轉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代生產向高轉速、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，可以更高的轉速運轉。但與直流電動機相比較，交流電動機調節(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的場合。
20世紀60年代以后，由于生產發(fā)展需要，交流調速的到發(fā)展。20世紀70年代后，科學技術的發(fā)展使得交流調速有了質的發(fā)展飛躍，主要有以下四個階段：
 （1）電力電子器件的發(fā)展促進了交流調速的發(fā)展。電力電子器件主要用于電動機的變頻調速系統(tǒng)。 
（2）脈寬調制（PWM）技術。脈寬調制（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)展奠定了現代交流調速高性能的基礎。此類調速采用參數重構和狀態(tài)重構的現代控制的理論實現交流電機定子電流勵磁分量和轉矩分量的耦合，實現了等效于直流調速的控制過程，使得交流調速性能得到改善和提高。繼矢量控制后直接轉矩控制技術的運用，可獲得更大的瞬時轉矩和極快的動態(tài)響應。
（4）微型計算機技術與大規(guī)模集成電路的發(fā)展為現代調速系統(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，促使交流調速系統(tǒng)走向數字化控制，對信息的處理量的增大，可以實現許多復雜的控制方式。提高了交流調速系統(tǒng)的可靠性和操作設置的多樣性和靈活性，降低交流調速裝置的成本和體積。
1.2 直接轉矩控制技術的現狀與發(fā)展趨勢
1.2.1 直接轉矩控制技術的現狀
1985年，德國人M.Depenbrock提出了直接轉矩控制理論，在實現磁鏈的同時也實現了對直接轉矩的控制。直接轉矩控制技術一誕生，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M.Depenbrock所提出的直接轉矩控制理論所實現的系統(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，即依據當前狀態(tài)的轉矩、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。實現恒逆變開關頻率控制。
最近出現了諧振式逆變器構成的直接轉矩控制系統(tǒng)，摒棄了滯環(huán)用純Band-Band控制，使得系統(tǒng)更容易實現。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，經旋轉變換得到靜止坐標下對應作用的定子電壓矢量。
1.2.2 直接轉矩控制技術的的發(fā)展趨勢
直接轉矩目前雖然已經被廣泛運用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，主要體現在以下四個方面：
（1）無速度傳感器直接轉矩控制系統(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：異步電機直接轉矩控制研究》）