毕业论文：异步电机直接转矩控制研究

毕业论文：异步电机直接转矩控制研究

摘要
接转矩控制技术是继矢量控制技术之后发展起来的一种新型、高性能的变压变频调速技术。它省去了复杂的矢量变化、克服了矢量控制系统对电机转子参数的依赖性的特点，响应快、控制结构简单、易于实现全数字化。 本文介绍了异步电机直接转矩控制的基本原理和系统的基本构成，利用MATLAB/SIMULINK工具，构建了异步电动机直接转矩控制系统的仿真模型。利用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系下计算和控制交流电动机的磁链和转矩，直接跟踪定子磁链和转矩，采用定子磁场定向，通过开关矢量表产生PWM信号，对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得高动态性能的转矩响应。通过直接改变影响电动机性能的磁链滞环调节器和转矩滞环调节器的参数，实现了对电动机的直接转矩的控制，通过仿真得到仿真图，对仿真图进行分析，验证直接转矩控制技术的有效性和可靠性。
关键词异步电机直接转矩控制磁链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 异步电动机数学模型 8
2.2.1 异步电动机理想数学方程 8
2.2.2异步电动机空间矢量等效电路 10
2.3 逆变器的输出电压状态及电压空间矢量 11
2.3.1逆变器输出电压状态 11
2.3.2 电压空间矢量 13
2.4异步电动机磁链模型 14
2.5 电压空间矢量对电动机定子磁链和转矩的影响 16
2.5.1电压空间矢量对定子磁链影响 16
2.5.2 电压空间矢量对转矩的影响 17
第三章 直接转矩控制系统的SIMULINK仿真 19
3.1 MATLAB/SIMULINK介绍 19
3.2 仿真模型搭建及参数设置 22
3.3 仿真结果及分析 24
3.3.1改变磁链滞环容差 24
3.3.2在稳定状态时，突然改变转速 30
3. 3. 3在稳定状态时，突然改变负载转矩 32
第四章 总 结 35
参考文献 36
后 记 38









第一章 绪论
1.1交流电动机调速的发展和现状
直流电气传动和交流电气传动在19世纪先后诞生，在20世纪的大部分年代里，在调速传动的生产领域内，大多采用直流电动机传动系统，因为直流电动机的磁场电流和电枢电流可以独立控制，其起动、调速性能和转矩控制特性都比较理想，并容易获得良好的动态响应。 但是，直流电动机在结构上存在接触式的机械换向器，它不仅工艺复杂价格昂贵，而且在运行中很容易产生换向火花和发生环火故障。另外，由于换向问题的存在，要求电动机各换向片之间的电压不能过高，这样远远不能适应现代生产向高转速、大容量化方向发展的要求。 三相交流电动机，特别是鼠笼型异步电动机，由于其转子上没有机械换向器，也没有带绝缘的绕组，不存在换向火花和环火现象等问题，因此，它的结构简单、惯量小、运行可靠，可以更高的转速运转。但与直流电动机相比较，交流电动机调节速度比较困难，有很大一部分交流传动都是应用在恒速运转的场合。
20世纪60年代以后，由于生产发展需要，交流调速的到发展。20世纪70年代后，科学技术的发展使得交流调速有了质的发展飞跃，主要有以下四个阶段：
 （1）电力电子器件的发展促进了交流调速的发展。电力电子器件主要用于电动机的变频调速系统。 
（2）脉宽调制（PWM）技术。脉宽调制（PWM）技术的发展与应用使得变频装置的性能的到优化，适用于各类交流调速系统。其克服了相控原理的所有弊端，使得交流电机定子电压电流接近正弦波形，提高了电机的功率因素和输出功率。
（3） 矢量变换控制的发展奠定了现代交流调速高性能的基础。此类调速采用参数重构和状态重构的现代控制的理论实现交流电机定子电流励磁分量和转矩分量的耦合，实现了等效于直流调速的控制过程，使得交流调速性能得到改善和提高。继矢量控制后直接转矩控制技术的运用，可获得更大的瞬时转矩和极快的动态响应。
（4）微型计算机技术与大规模集成电路的发展为现代调速系统的发展提供了重要技术手段。由于微机控制技术，尤其是以单片机与DSP为控制核心的微机控制技术，促使交流调速系统走向数字化控制，对信息的处理量的增大，可以实现许多复杂的控制方式。提高了交流调速系统的可靠性和操作设置的多样性和灵活性，降低交流调速装置的成本和体积。
1.2 直接转矩控制技术的现状与发展趋势
1.2.1 直接转矩控制技术的现状
1985年，德国人M.Depenbrock提出了直接转矩控制理论，在实现磁链的同时也实现了对直接转矩的控制。直接转矩控制技术一诞生，就以自己新颖的控制思想，简洁明了的系统结构，优良的静态性能受到了普遍的注意和得到了迅速的发展。
根据M.Depenbrock所提出的直接转矩控制理论所实现的系统中，其磁链的轨迹是按正六边形运动，其六边分别有相应的六个非零电压矢量与之对应，可简单的切换六个工作状态直接由六个非零电压矢量完成六边形磁链轨迹，磁环控制简单。
日本东芝公司的Takahashi教授于1986 年提出了磁链轨迹的园形方案，即让磁链矢量基本上沿园形轨迹运动。这是一种磁链的实时控制，通过比较实时计算所得的实际磁链幅值与给定值相比较，并同时考虑此时磁链所处的位置来选择电压矢量及持续时间的长短。
T.G.Haberler提出了一种预前控制法，即依据当前状态的转矩、磁链误差和反电势，在一固定的开关周期条件下选择和计算下一个状态所需要的空间电压矢量。实现恒逆变开关频率控制。
最近出现了谐振式逆变器构成的直接转矩控制系统，摒弃了滞环用纯Band-Band控制，使得系统更容易实现。采用软件开关式逆变器，其开关频率可以达到几十个千Hz，它着眼于超大功率传动问题。
有的学者提出定子磁通定向的新型控制方案，即采用了感应电机定子磁链定向的解耦模型，首先求出所需的d、q轴定子电流，然后得到d、q轴定子电压指令，经旋转变换得到静止坐标下对应作用的定子电压矢量。
1.2.2 直接转矩控制技术的的发展趋势
直接转矩目前虽然已经被广泛运用但是在理论和应用实践方面仍有许多问题需要进一步研究和探讨，主要体现在以下四个方面：
（1）无速度传感器直接转矩控制系统的研究
在实际应用中，安装速度传感器会增加系统成本，增加了系统的复杂性，降低系统的稳定性和可靠性，此外，速度传感器不实用于潮湿、粉尘等恶劣的环境下。因此，无速度传感器的研究便成了交流传动系统中的一个重要的研究 ……（未完，全文共16256字，当前仅显示2924字，请阅读下面提示信息。收藏《毕业论文：异步电机直接转矩控制研究》）