畢業(yè)設(shè)計(jì)---異步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制仿真研究

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題目：異步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制仿真研究</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘 要……………………………………………………………………………1</p><p>　　關(guān)鍵詞…………………………………

2、……………………………………… 1</p><p>　　Abstract …………………………………………………………………… 1</p><p>　　Key words…………………………………………………………………… 2</p><p>　　前 言 ………………………………………………………………………… 3</p><p>　　1.緒

3、 論…………………………………………………………………………4</p><p>　　1.1課題背景……………………………………………………………4</p><p>　　1.2異步電機(jī)發(fā)展概況……………………………………………… 4</p><p>　　1.3直接轉(zhuǎn)矩控制的產(chǎn)生與概況……………………………………5</p><p>　　1.4國內(nèi)

4、外研究現(xiàn)狀……………………………………………………6</p><p>　　2.電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理………………………………………7</p><p>　　2.1異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型………………………………………… 7</p><p>　　2.1.1異步電動(dòng)機(jī)在任意速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型……… 8</p><p>　　2.1.2異步電動(dòng)

5、機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型………… 9</p><p>　　2.1.3異步電動(dòng)機(jī)在兩相同步坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型…………10</p><p>　　2.1.4仿真結(jié)果分析…………………………………………………11</p><p>　　2.2直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理…………………………………… 13</p><p>　　2.3定子磁鏈的估計(jì)模型……

6、………………………………………17</p><p>　　2.3.1定子磁鏈估計(jì)的u-i模型………………………………… 17</p><p>　　2.3.2定子磁鏈估計(jì)的i-n模型………………………………… 17</p><p>　　2.3.3定子磁鏈估計(jì)的u-n模型………………………………… 18</p><p>　　3. 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的

7、仿真研究………………………………………19</p><p>　　3.1系統(tǒng)的總體構(gòu)成……………………………………………………19</p><p>　　3.2仿真模型的建立……………………………………………………19</p><p>　　3.3仿真結(jié)果及分析……………………………………………………25</p><p>　　總結(jié)與展望………………

8、……………………………………………………27</p><p>　　參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………28</p><p>　　致謝…………………………………………………………………………… 29</p><p>　　異步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制仿真研究</p><p><b>　　摘 要</b>&l

9、t;/p><p>　　本文先簡單介紹了該研究的背景和發(fā)展概況，隨即又介紹了異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的生產(chǎn)概況和國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，最后對(duì)異步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制仿真進(jìn)行了研究。仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的定子磁鏈的加權(quán)模型能夠在電機(jī)運(yùn)行的全速范圍內(nèi)準(zhǔn)確地估計(jì)定子磁鏈。針對(duì)基于占空比控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和基于滑模變結(jié)構(gòu)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，本文分別對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩有擾動(dòng)和無擾動(dòng)、給定轉(zhuǎn)速為恒定值和不為恒定值四種情況進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，并分別和傳

10、統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。仿真結(jié)果表明，兩種改進(jìn)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)均能有效的減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)誤差。針對(duì)電機(jī)運(yùn)行在基頻以上的弱磁調(diào)速情形，本文運(yùn)用三種不同的直接轉(zhuǎn)矩控制方法分別進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，兩種改進(jìn)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)在弱磁調(diào)速范圍內(nèi)依然優(yōu)于傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，依然能夠減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)誤差。</p><p>　　關(guān)鍵詞：異步電動(dòng)機(jī) ； 直接轉(zhuǎn)矩控制 </p&g

11、t;<p>　　Asynchronous motor directly to the control of simulation study</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　This paper first introduced the research background and development si

12、tuation, and immediately and involves asynchronous motor direct torque control of production situation and domestic and foreign research present situation, finally began to asynchronous motor direct torque control simula

13、tion. As for the DTC system based on duty cycle control and the DTC system based on sliding mode control，this paper discusses four instanc of the load torque with disturbance and no disturbance，the constant and</p>

14、<p>　　Key words：asynchronous motors ； diret torque control </p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)簡稱DTC（Direct Torque Control）系統(tǒng)，是繼矢量控制系統(tǒng)之后發(fā)展起來的另一種高動(dòng)態(tài)性能的交流電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。在它的轉(zhuǎn)

15、速環(huán)里面，利用轉(zhuǎn)矩反饋直接控制電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，因而得名。</p><p>　　直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)交流調(diào)速技術(shù)是繼矢量控制變頻之后發(fā)展起來的一種新型的具有高性能的變頻調(diào)速技術(shù)。DTC借助瞬時(shí)空間矢量理論在定子靜止坐標(biāo)系下計(jì)算電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，通過轉(zhuǎn)矩兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)器把轉(zhuǎn)矩檢測(cè)值與給定值做滯環(huán)的比較，把轉(zhuǎn)矩波動(dòng)限制在一定的容差范圍內(nèi)，其控制效果取決于轉(zhuǎn)矩的實(shí)際狀況，具有結(jié)構(gòu)簡單和動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)。</p>

16、;<p>　　從算法分析和系統(tǒng)仿真分析討論的結(jié)果，可以得出擴(kuò)展卡爾曼算法在無速度傳感器應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)是：利用擴(kuò)展卡爾曼濾波器可以不必了解電機(jī)的機(jī)械參數(shù)知識(shí)(可以克服電機(jī)參數(shù)反應(yīng)靈敏的問題)，在電機(jī)啟動(dòng)過程中不必知道電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置(可以解決電機(jī)的啟動(dòng)問題)，此外，EKF算法可以確保系統(tǒng)的全局穩(wěn)定性(其他一些通過狀態(tài)觀測(cè)器實(shí)現(xiàn)電機(jī)無速度傳感器控制的方法，通常僅在標(biāo)稱狀態(tài)的軌跡上將電機(jī)非線性化，不能保證系統(tǒng)的全局穩(wěn)定性)，而且整

17、個(gè)系統(tǒng)易于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。但是擴(kuò)展卡爾曼算法復(fù)雜，需要矩陣求逆運(yùn)算，計(jì)算量大，為滿足實(shí)時(shí)控制的要求，需要高速，高精度的數(shù)字信號(hào)處理器。另一方面，擴(kuò)展卡爾曼濾波器要用到很多隨機(jī)誤差的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，由于模型復(fù)雜，涉及因素多，使得分析這些參數(shù)的工作比較困難，需要通過大量調(diào)試才能確定合適的隨機(jī)參數(shù)，而且調(diào)速范圍有一定的局限性，只適合中高速調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　隨著微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的進(jìn)步，交流電動(dòng)

18、機(jī)調(diào)速技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，有了長足的進(jìn)步。特別是20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的矢量控制技術(shù)和80年代出現(xiàn)的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，使交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的性能可以與直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的性能相媲美。而交流電動(dòng)機(jī)尤其是鼠籠異步電動(dòng)機(jī)由于其自身結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特性的優(yōu)點(diǎn)，使得交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)強(qiáng)于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　在交流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)中槍挑調(diào)頻控制、矢量控制以及直接轉(zhuǎn)矩控制（Direct Torque Contro

19、l 簡稱DTC）具有代表性。其中應(yīng)用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是一種高性能的控制調(diào)速技術(shù)，直接轉(zhuǎn)矩控制對(duì)交流傳動(dòng)來說是一種最優(yōu)的電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)，它可以對(duì)所有交流電動(dòng)機(jī)的核心變量進(jìn)行直接控制。</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1課題背景</b></p><p>　　運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括直流拖動(dòng)

20、控制系統(tǒng)和交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)。相比直流拖動(dòng)，交流拖動(dòng)省去了電刷和換向器的經(jīng)常維修帶來的成本。同時(shí)，由于電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的出現(xiàn)，以及交流拖動(dòng)在節(jié)能減耗方面的優(yōu)勢(shì)，交流拖動(dòng)在異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，這些應(yīng)用包括風(fēng)機(jī)、造紙廠、地鐵和機(jī)車牽引、電動(dòng)汽車、機(jī)床和機(jī)器人、家用電器和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)等。交流電機(jī)的各種控制方法，包括標(biāo)量控制、向量控制（磁場定向控制）、直接轉(zhuǎn)矩控制和自適應(yīng)控制等。

21、標(biāo)量控制只對(duì)變量的幅值進(jìn)行控制，忽略電機(jī)的耦合效應(yīng)，其動(dòng)態(tài)性能較差，但實(shí)現(xiàn)起來較為方便。與標(biāo)量控制不同，向量控制中變量的幅值和相位都被控制。采用向量控制可以使異步電動(dòng)機(jī)像他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)那樣實(shí)現(xiàn)高性能的解耦控制，因此向量控制也被稱為解耦控制或向量變換控制。向量控制既可以應(yīng)用于異步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，也可以應(yīng)用于同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)H1。向量控制在交流拖動(dòng)中的優(yōu)勢(shì)是明顯的，然而也存在一系列不能忽視的問題。在向量控制過程中，轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，系

22、統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大，以及在模擬直流電動(dòng)機(jī)控制過程中所用向量旋轉(zhuǎn)變換的復(fù)雜性，使得實(shí)際的</p><p>　　1.2異步電機(jī)發(fā)展概況</p><p>　　電力拖動(dòng)系統(tǒng)分為恒速拖動(dòng)系統(tǒng)和調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)。調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)又可分為直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)。用直流電機(jī)可方便地進(jìn)行調(diào)速，其具有優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩控制性能，但由于本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，直流調(diào)速有幾個(gè)主要缺點(diǎn)：</p><p>

23、;　　(1)直流電動(dòng)機(jī)容易出現(xiàn)故障，維修困難。</p><p>　　(2)使用場合受到限制，在易燃易爆以及環(huán)境惡劣的地方不能采用。</p><p>　　(3)由于直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)因素使單機(jī)容量及轉(zhuǎn)速受到限制。</p><p>　　(4)直流電動(dòng)機(jī)的價(jià)格高于交流電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，近年來交流調(diào)速獲得飛躍的發(fā)展，采用

24、交流電機(jī)拖動(dòng)方式逐步占據(jù)了主要地位。異步電機(jī)是一種交流電機(jī)，其負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速與所接電網(wǎng)的頻率之比不是恒定關(guān)系，還隨著負(fù)載的大小發(fā)生變化。負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越低。異步電機(jī)包括感應(yīng)電機(jī)、雙饋異步電機(jī)和交流換向器電機(jī)。感應(yīng)電機(jī)應(yīng)用最廣，在不致引起誤解或混淆的情況下，一般可稱感應(yīng)電機(jī)為異步電機(jī)。</p><p>　　異步電機(jī)具有下面幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　(1)異步電動(dòng)機(jī)特別是鼠籠型異

25、步電動(dòng)機(jī)的價(jià)格遠(yuǎn)低于直流電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　(2)異步電動(dòng)機(jī)不易出現(xiàn)故障，維修簡單。</p><p>　　(3)異步電機(jī)使用場合沒有限制。</p><p>　　(4)電動(dòng)機(jī)的單機(jī)容量遠(yuǎn)大于直流電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　異步電機(jī)有較高的運(yùn)行效率和較好的工作特性，從空載到滿載范圍內(nèi)接近恒速運(yùn)行，能滿足大多數(shù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械的傳動(dòng)要求。

26、異步電機(jī)還便于派生成各種不同型式，以適應(yīng)不同環(huán)境條件的需要。異步電機(jī)運(yùn)行時(shí)，必須從電網(wǎng)吸取無功功率，使電網(wǎng)的功率因子變壞。因此，對(duì)驅(qū)動(dòng)球磨機(jī)、壓縮機(jī)等大功率、低轉(zhuǎn)速的機(jī)械設(shè)備，常采用同步電機(jī)。由于異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速與其旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速有一定的轉(zhuǎn)差關(guān)系，其調(diào)速性能較差，對(duì)要求較寬廣和平滑調(diào)速范圍的設(shè)備采用直流電機(jī)較經(jīng)濟(jì)、方便。但隨著大功率電子器件及交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，目前適用于寬調(diào)速的異步電機(jī)的調(diào)速性能及經(jīng)濟(jì)性已可與直流電機(jī)的相媲美。</p

27、><p>　　1.3直接轉(zhuǎn)矩控制的產(chǎn)生與概況</p><p>　　自從20世紀(jì)70年代向量控制技術(shù)發(fā)展以來，交流拖動(dòng)技術(shù)就從理論上解決了交流調(diào)速系統(tǒng)在靜、動(dòng)態(tài)性能上與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美的問題。所謂向量控制，就是將交流電動(dòng)機(jī)模擬成直流電動(dòng)機(jī)來控制，通過坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)電機(jī)定子電流的勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量的解耦，然后分別獨(dú)立控制，從而獲得高性能的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速回應(yīng)特性。盡管向量控制從理論上可以使交流拖動(dòng)控制系

28、統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性得到改善，但是在向量解耦時(shí)需要用到電動(dòng)機(jī)參數(shù)。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，隨著電動(dòng)機(jī)溫度的升高和磁路的飽和，這些參數(shù)可能在大范圍內(nèi)變化，而使用不精確的參數(shù)則難以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)過程的完全解耦。為補(bǔ)償參數(shù)變化的影響，人們又引入了各種參數(shù)的補(bǔ)償算法和在線辨識(shí)，但這些算法使得系統(tǒng)復(fù)雜化，并且由于向量旋轉(zhuǎn)變換的復(fù)雜性，使得實(shí)際的控制效果很難達(dá)到理論分析的程度，這是向量控制在實(shí)踐上的不足之處。直接轉(zhuǎn)矩控制（DirectTorqueControl—

29、—DTC）是在向量控制基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的，是繼向量控制以后提出的又一種異步電動(dòng)機(jī)控制方法。其思路是把異步電動(dòng)機(jī)和逆變器看成是一個(gè)整體，采用電壓向量分析方法直接在靜止坐標(biāo)系下分析和計(jì)算電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈，通過磁鏈跟蹤得出ＰＷＭ逆變器</p><p>　　1.4國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　直接轉(zhuǎn)矩控制雖然有以上諸多優(yōu)點(diǎn)，但目前在理論上尚不成熟，不夠完善，其經(jīng)典模型固有的缺陷一直阻礙著直

30、接轉(zhuǎn)矩控制的進(jìn)一步發(fā)展。其主要問題是：定子磁鏈的準(zhǔn)確估計(jì)，電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，逆變器開關(guān)頻率不恒定等。圍繞直接轉(zhuǎn)矩控制存在的問題，國內(nèi)外學(xué)者做了大量工作。</p><p>　　2 應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理</p><p>　　2.1異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型</p><p>　　認(rèn)真研究異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，是實(shí)現(xiàn)高性能的異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的保證。異步電動(dòng)

31、機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型和直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型相比有著本質(zhì)上的區(qū)別，是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。在研究異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型時(shí)，常作如下的假設(shè)：</p><p>　　(1)忽略空間諧波；</p><p>　　(2)忽略磁路飽和；</p><p>　　(3)忽略鐵心損耗；</p><p>　　(4)忽略頻率變化和溫度變化對(duì)繞組電阻的影

32、響；</p><p>　　無論異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是繞線型還是鼠籠型，都將它等效成三相繞線型，并折算到定子側(cè)，折算后的定、轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)相等。這樣，電機(jī)繞組就等效成圖２-１所示的三相異步電動(dòng)機(jī)的物理模型。圖中，定子三相繞組軸線A,B,C在空間是固定的，A軸與參考坐標(biāo)軸的X軸重合；轉(zhuǎn)子三相繞組軸線a,b,c隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子a軸和定子A軸間的電角度為空間角位移變量。規(guī)定各繞組電壓、電流、磁鏈的正方向符合電動(dòng)機(jī)慣例和右手螺旋

33、定則。</p><p>　　圖2-1三相異步電動(dòng)機(jī)的物理模型</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型比較簡單，其主磁通基本上唯一地由勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流決定，這是直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型及其控制系統(tǒng)比較簡單的根本原因。為了能將異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型等效變換成類似直流電動(dòng)機(jī)的形式，需要引入坐標(biāo)變換。坐標(biāo)變換包括三相-兩相變換和兩相-兩相旋轉(zhuǎn)變換。不同電動(dòng)機(jī)模型彼此等效的原則是：在不同坐標(biāo)系

34、下所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)完全相同。</p><p>　　(a)三相交流繞組 (b)兩相交流繞組 (c)旋轉(zhuǎn)的直流繞組</p><p>　　圖2-2等效的電動(dòng)機(jī)繞組物理模型</p><p>　　圖2-2等效的交流電動(dòng)機(jī)繞組和直流電動(dòng)機(jī)繞組物理模型以產(chǎn)生相同的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)為原則，圖2-2中的三種物理模型彼此等效。通過坐標(biāo)變換，可以得到異步電動(dòng)機(jī)在兩相任意速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系

35、、兩相靜止坐標(biāo)系、兩相同步坐標(biāo)系三種不同坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。</p><p>　　2.1.1異步電動(dòng)機(jī)在任意速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型</p><p>　　設(shè)兩相坐標(biāo)d軸與三相坐標(biāo)A軸的夾角為，而為兩相任意速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（dq坐標(biāo)系）相對(duì)于定子的角轉(zhuǎn)速，數(shù)學(xué)模型由以下方程表述：</p><p><b>　　(1)磁鏈方程</b></p>

36、<p><b>　　(2-1)</b></p><p><b>　　式中</b></p><p>　　，，，——dq坐標(biāo)系下定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈的兩個(gè)分量；</p><p>　　, , , ——dq坐標(biāo)系下定子電流與轉(zhuǎn)子電流的兩個(gè)分量；</p><p>　　——定子與轉(zhuǎn)子同軸等效繞組間的

37、互感</p><p>　　——定子等效兩相繞組的自感；</p><p>　　——轉(zhuǎn)子等效兩相繞組的自感；</p><p><b>　　(2)電壓方程</b></p><p><b>　　(2-2)</b></p><p><b>　　式中</b><

38、/p><p>　　，，，---dq坐標(biāo)系下定子電壓與轉(zhuǎn)子電壓的兩個(gè)分量；</p><p>　　, ---定子電阻與轉(zhuǎn)子電阻</p><p>　　, ---dq坐標(biāo)系分別相對(duì)于定子、轉(zhuǎn)子的角轉(zhuǎn)速</p><p><b>　　(3)轉(zhuǎn)矩方程</b></p><p><b>　　(2-3)<

39、/b></p><p><b>　　式中</b></p><p>　　——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 ——電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)；</p><p><b>　　(4)運(yùn)動(dòng)方程</b></p><p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　——負(fù)載轉(zhuǎn)矩；—

40、—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速； J——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；</p><p>　　以上構(gòu)成異步電動(dòng)機(jī)在兩相以任意轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型。它比異步電動(dòng)機(jī)在三相以任意轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型簡單，階次有所降低，但是其非線性、多變量、強(qiáng)耦合的性質(zhì)沒有改變。</p><p>　　2.1.2異步電動(dòng)機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型</p><p>　　異步電動(dòng)機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系（坐標(biāo)系）下

41、的數(shù)學(xué)模型是在任意速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型當(dāng)轉(zhuǎn)速等于零時(shí)的特例。當(dāng)=0時(shí), =,即轉(zhuǎn)速的負(fù)值。數(shù)學(xué)模型由以下方程表述</p><p><b>　　(1)磁鏈方程</b></p><p><b>　　(2-5)</b></p><p><b>　　式中</b></p><p>　　

42、，，，——dq子磁鏈的兩個(gè)分量；</p><p>　　,,,——dq系下定子電流與轉(zhuǎn)子電流的兩個(gè)分量；</p><p>　　——定子與轉(zhuǎn)子同軸等效繞組間的互感；</p><p>　　——定子等效兩相繞組的自感；</p><p>　　——轉(zhuǎn)子等效兩相繞組的自感；</p><p><b>　　(2)電壓方程<

43、;/b></p><p><b>　　(2-6)</b></p><p><b>　　式中</b></p><p>　　，，，——dq坐標(biāo)定子電壓與轉(zhuǎn)子電壓的兩個(gè)分量；</p><p><b>　　,——電阻；</b></p><p>　　, ——

44、dq坐標(biāo)系分別相對(duì)于定子,轉(zhuǎn)子的角速度</p><p><b>　　(3)轉(zhuǎn)矩方程</b></p><p><b>　　(2-7)</b></p><p><b>　　式中</b></p><p>　　——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 </p><p><b&g

45、t;　　——電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)；</b></p><p><b>　　(4)運(yùn)動(dòng)方程</b></p><p><b>　　(2-8)</b></p><p><b>　　式中</b></p><p><b>　　——負(fù)載轉(zhuǎn)矩</b></p>

46、;<p><b>　　——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；</p><p>　　以上構(gòu)成異步電動(dòng)機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。這種模型又稱為Kron的異步電動(dòng)機(jī)方程式或雙軸原型電機(jī)（Two Axis Primitive Machine）基本方程式。</p><p>　　2.1.3異步電動(dòng)機(jī)在兩相同步坐

47、標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型</p><p>　　此模型的坐標(biāo)軸用d’q’表示，只是坐標(biāo)系相對(duì)于定子的旋轉(zhuǎn)速度等于定子頻率（旋轉(zhuǎn)磁場）的同步角速度，而轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為，因此坐標(biāo)系相對(duì)</p><p>　　于轉(zhuǎn)子的角速度＝-＝，即轉(zhuǎn)差頻率。數(shù)學(xué)模型由以下方程表述：</p><p><b>　　磁鏈方程</b></p><p><b&

48、gt;　　(2-9)</b></p><p><b>　　式中</b></p><p>　　,,,——d’q’ 坐標(biāo)系下定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈的兩個(gè)分量；</p><p>　　, , , ——d’q’ 坐標(biāo)系下定子電流與轉(zhuǎn)子電流的兩個(gè)分量；</p><p>　　——定子與轉(zhuǎn)子同軸等效繞組間的互感；</p&g

49、t;<p>　　——定子等效兩相繞組的自感；</p><p>　　——轉(zhuǎn)子等效兩相繞組的自感；</p><p><b>　　電壓方程</b></p><p><b>　　(2-10)</b></p><p><b>　　式中</b></p><

50、p>　　，，，——d’q’ 坐標(biāo)定子電壓與轉(zhuǎn)子電壓的兩個(gè)分量；</p><p>　　, ——定子電阻與轉(zhuǎn)子電阻</p><p>　　——定子同步角轉(zhuǎn)速,</p><p><b>　　——轉(zhuǎn)差頻率</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)矩方程</b></p><p>&l

51、t;b>　　(2-11)</b></p><p><b>　　式中</b></p><p>　　——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 </p><p><b>　　——電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)；</b></p><p><b>　?。?）運(yùn)動(dòng)方程</b></p><p&

52、gt;<b>　　(2-12)</b></p><p><b>　　式中</b></p><p><b>　　——負(fù)載轉(zhuǎn)矩</b></p><p><b>　　——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；</p><

53、p>　　以上構(gòu)成異步電動(dòng)機(jī)在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。這種坐標(biāo)系的突出特點(diǎn)是：當(dāng)三相坐標(biāo)系中的電壓和電流是交流正弦波時(shí)，變換到兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上就成為直流量.</p><p>　　異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)所用到的數(shù)學(xué)模型，是異步電動(dòng)機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。</p><p>　　2.1.4兩相靜止坐標(biāo)系下的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的仿真</p><p>　

54、　本文針對(duì)異步電動(dòng)機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了仿真驗(yàn)證Matlab仿真環(huán)境下模塊化的方法。</p><p>　　采用模塊化的方法構(gòu)建的異步電動(dòng)機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型的總的結(jié)構(gòu)圖2-3所示。</p><p>　　圖2-3異步電動(dòng)機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的總結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　在圖2-3中， Subsystem1表示三相交流電源模塊，Subsys

55、tem2表示三相-相變換模塊，Subsystem3表示異步電動(dòng)機(jī)模塊，三部分的具體結(jié)構(gòu)圖如圖2-4，圖2-5，圖2-6所示：</p><p>　　圖2-4三相交流電源模塊結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖2-5三相-相變換模塊結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖2-6異步電動(dòng)機(jī)模塊結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　仿真所用到的電機(jī)參數(shù)如下：額定電壓u=220

56、v，頻率f=50Hz，額定轉(zhuǎn)速v=1480r/min，定子電阻＝，轉(zhuǎn)子電阻＝，定子等效兩相繞組的自感＝0.666H，轉(zhuǎn)子等效兩相繞組的自感＝0.671H，定子與轉(zhuǎn)子同軸等效繞組間的互感＝0.651H，極對(duì)數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。仿真時(shí)間。分別對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為零和負(fù)載轉(zhuǎn)矩為10n m兩種情形對(duì)恒電壓作用下電機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果如圖2-7，圖2-8，圖2-9，圖2-10所示。</p><p>　　圖2-7轉(zhuǎn)速曲線（負(fù)載

57、轉(zhuǎn)矩為零） 圖2-8轉(zhuǎn)矩曲線（負(fù)載轉(zhuǎn)矩為零）</p><p>　　圖2-9轉(zhuǎn)速線(負(fù)載轉(zhuǎn)矩為10n·m) 圖2-10轉(zhuǎn)矩曲線(負(fù)載轉(zhuǎn)矩為10n·m)</p><p>　　仿真結(jié)果表明：當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為零時(shí)，電機(jī)可以達(dá)到額定轉(zhuǎn)速1480r/min，電磁轉(zhuǎn)矩在0.2s以后穩(wěn)定為零；當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為10n·m時(shí)，電機(jī)只能達(dá)到轉(zhuǎn)速，電磁轉(zhuǎn)矩在以后穩(wěn)

58、定為10n·m。</p><p>　　2.2直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理</p><p>　　直接轉(zhuǎn)矩控制是為電壓源型ＰＷＭ逆變器傳動(dòng)系統(tǒng)提出的一種先進(jìn)的標(biāo)量控制技術(shù)，基于該技術(shù)的傳動(dòng)系統(tǒng)性能可與矢量控制的異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)性能相媲美。該控制方案的原理是通過查表的方法以選擇合適的電壓空間矢量，從而實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的直接控制。其控制原理如下：</p><

59、;p>　　首先，在三相靜止坐標(biāo)系下，將電磁轉(zhuǎn)矩表示為電動(dòng)機(jī)定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈的函數(shù)：</p><p><b>　?。?-13）</b></p><p><b>　　式中</b></p><p>　　,——定子磁鏈、轉(zhuǎn)子磁鏈</p><p>　　, , ——定子電感、轉(zhuǎn)子電感、定子轉(zhuǎn)子之間的互感

60、</p><p><b>　　——電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)</b></p><p><b>　　——電磁轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　——轉(zhuǎn)矩角，即定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈之間的夾角</p><p>　　在電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中，保持定子磁鏈幅值為額定值，以便充分利用電動(dòng)機(jī)鐵心；轉(zhuǎn)子磁鏈幅值由負(fù)載決定。通過控制定子磁鏈

61、與轉(zhuǎn)子磁鏈之間的夾角即轉(zhuǎn)矩角可以控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。在直接轉(zhuǎn)矩控制中，其基本控制方法就是通過選擇電壓空間矢量來控制定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度，控制定子磁鏈走走停停，以改變定子磁鏈的平均旋轉(zhuǎn)速度的大小，從而改變轉(zhuǎn)矩角的大小，以達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。直接轉(zhuǎn)矩控制采用兩個(gè)滯環(huán)控制器，分別比較定子給定磁鏈和實(shí)際磁鏈、給定轉(zhuǎn)矩和實(shí)際轉(zhuǎn)矩的差值，然后，根據(jù)這兩個(gè)差值查詢逆變器電壓矢量開關(guān)表得到需要加在異步電動(dòng)機(jī)上的恰當(dāng)?shù)碾妷洪_關(guān)矢量，最后通過ＰＷＭ逆變器

62、來實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。整個(gè)控制系統(tǒng)框圖如圖2-11所示：</p><p>　　圖2-11直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　磁鏈滯環(huán)控制器為兩電平輸出，原理圖如圖2-12所示：</p><p>　　圖2-12磁鏈滯環(huán)控制器</p><p><b>　　數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：</b></p><p&

63、gt;<b>　?。?-14）</b></p><p>　　式中，為磁鏈控制器的總滯環(huán)帶寬。</p><p>　　轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器為三電平輸出，原理圖如圖2-13所示</p><p>　　圖2-13轉(zhuǎn)矩滯外控制器</p><p>　　數(shù)學(xué)表達(dá)式如下： </p><p><b>　　

64、（2-15）</b></p><p>　　式中，2為轉(zhuǎn)矩控制器的總滯環(huán)帶寬</p><p>　　給定定子磁鏈?zhǔn)噶?#183;的圓形軌跡在滯環(huán)內(nèi)沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，如圖2-14所示。實(shí)際的定子磁鏈?zhǔn)噶勘豢刂圃跍h(huán)帶內(nèi)并以之字形軌跡跟蹤給定定子磁鏈?zhǔn)噶俊D2-11中的信號(hào)計(jì)算模塊根據(jù)電機(jī)端電壓和電流信號(hào)計(jì)算出磁鏈和轉(zhuǎn)矩反饋信號(hào)，還計(jì)算出定子磁鏈?zhǔn)噶克诘纳葏^(qū)S(k)。如圖2-14所示

65、，共有6個(gè)扇區(qū)(每個(gè)扇區(qū)占60。)。圖2-11中的電壓矢量表模塊輸入信號(hào)、和S(k)，通過查表方式得到需要加在逆變器上的適當(dāng)?shù)碾妷菏噶?，如?-1所示。</p><p>　　圖2-15表示了逆變器的8個(gè)電壓矢量(6個(gè)非零電壓矢量和2個(gè)零矢量)和典型的矢量。如果忽略定子電阻，可得下式：</p><p><b>　　(2-16)</b></p><p&

66、gt;<b>　　或者</b></p><p><b>　　(2-17)</b></p><p>　　上式表明，定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽繛殡妷菏噶縆與時(shí)間增量出的乘積，也就是說它與逆變器的六個(gè)非零電壓矢量之間存在著一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖2-14，2-15所示。</p><p>　　圖2-14DTC控制下定子磁鏈?zhǔn)噶康能壽E</

67、p><p>　　圖2-15逆變器電壓矢量及時(shí)間段內(nèi)相應(yīng)定子磁鏈的變化</p><p>　　表2-1給出了磁鏈滯環(huán)控制器的輸出、轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器的輸出、定子磁鏈所在扇區(qū)S(k)三者與所加在逆變器上的電壓矢量之間的關(guān)系。通過查表2-1，可以選擇適當(dāng)?shù)碾妷菏噶孔饔糜陔姍C(jī)，其電壓矢量實(shí)際上同時(shí)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈進(jìn)行控制。</p><p>　　表2-1逆變器電壓矢量開關(guān)表</

68、p><p>　　表2-2歸納了圖2-15中各個(gè)電壓矢量作用下，定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩變化量大小和方向?？梢?，電壓矢量、和作用時(shí)，磁鏈會(huì)增大；而當(dāng)、和作用時(shí)，磁鏈會(huì)減小。同樣的，電壓矢量、和作用時(shí)，轉(zhuǎn)矩會(huì)增大；、和作用時(shí)，轉(zhuǎn)矩會(huì)減小。零矢量(或)使電機(jī)終端短路，此磁鏈和轉(zhuǎn)矩保持不變。但是由于存在一定的定子電阻壓降，轉(zhuǎn)矩和磁鏈在電機(jī)終端短路時(shí)會(huì)略有減小。</p><p>　　表2-2電壓矢量引起的磁鏈和轉(zhuǎn)

69、矩的變化</p><p>　　例如，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在圖2-14中扇區(qū)s(2)的B點(diǎn)，此時(shí)磁鏈過高，轉(zhuǎn)低，即=-1，=1，由此查表2-1，可知下一步電壓矢量將作用變器，即產(chǎn)生軌跡BC 段。在點(diǎn)c，=1，=1，又查表可知為電壓矢量由此類推，系統(tǒng)很容易在四個(gè)象限運(yùn)行。如果需要，系統(tǒng)還可以加上速度控制環(huán)節(jié)和弱磁控制。</p><p>　　以上詳細(xì)討論了在三相靜止坐標(biāo)系下異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理

70、，因?yàn)槿?兩相變換不改變轉(zhuǎn)矩的計(jì)算方法和控制方法，所以在兩相靜止坐標(biāo)系下同樣適用。</p><p>　　2.3定子磁鏈的估計(jì)模型</p><p>　　在異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，在電動(dòng)機(jī)全速運(yùn)行范圍內(nèi)準(zhǔn)確無誤地估計(jì)定子磁鏈?zhǔn)菍?shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)高動(dòng)態(tài)性能的前提和保證。定子磁鏈估計(jì)的基本模型分為電壓-電流模型(u-i模型)、電流-轉(zhuǎn)速模型(i-n模型)和電壓-轉(zhuǎn)速模型(u-n模型)三種。<

71、;/p><p>　　2.3.1定子磁鏈估計(jì)的u-i模型</p><p>　　u-i模型是用定子電壓和定子電流來確定定子磁鏈的模型。這種模型最簡單，在計(jì)算過程中所唯一需要知道的電機(jī)參數(shù)是易于確定的定子電阻。這種模型只有在被積分的差值較大時(shí)才能提供正確的結(jié)果，只有在10％額定轉(zhuǎn)速以上，特別是在30％額定轉(zhuǎn)速以上時(shí)，才能夠非常準(zhǔn)確地估計(jì)定子磁鏈。模型的基本方程式如下：</p><

72、p><b>　　(2-18)</b></p><p>　　2.3.2定子磁鏈估計(jì)的i-n模型</p><p>　　i-n模型是用定子電流和轉(zhuǎn)速來確定定子磁鏈的模型。在30％額定轉(zhuǎn)速下范圍內(nèi)，由于定子電阻壓降不可忽略，故定子磁鏈只能根據(jù)轉(zhuǎn)速來計(jì)算。這種方法受轉(zhuǎn)子電阻、漏電感和定子電感變化的影響，觀測(cè)方法的魯棒性較低。模型的基本方程式如下：</p>&

73、lt;p><b>　　(2-19)</b></p><p><b>　　(2-20)</b></p><p>　　2.3.3定子磁鏈估計(jì)的u-n模型</p><p>　　u-n模型是u-i模型和i-n模型的綜合。將30％額定轉(zhuǎn)速定為切換點(diǎn)于此轉(zhuǎn)速用u-i模型，低于此轉(zhuǎn)速用i-n模型。由i-n模型向u-i模型切換需要一

74、個(gè)電流PI調(diào)節(jié)器，它的作用是強(qiáng)迫電動(dòng)機(jī)模型電流與實(shí)際的電動(dòng)機(jī)電流相等，這樣可以提高電動(dòng)機(jī)模型的仿真精度。模型的基本方程式是u-i模型和i-n模型基本方程式的綜合。為了表達(dá)清楚，重列u-n模型的基本方程如下：</p><p><b>　　(2-21)</b></p><p><b>　　(2-22)</b></p><p>

75、<b>　　(2-23)</b></p><p><b>　　(2-24)</b></p><p>　　3 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真研究</p><p>　　3.1系統(tǒng)的總體構(gòu)成</p><p>　　異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真模型總體結(jié)構(gòu)圖如圖2-36所示。</p><p&g

76、t;　　圖2-36異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真模型總體結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　整個(gè)仿真模型由以下模塊構(gòu)成：Subsystem1表示異步電動(dòng)機(jī)Subsystem2和Subsystem3表示定子磁鏈估計(jì)模塊；Subsysteml4表示定子磁鏈控制器模塊，Subsystem5表示電磁轉(zhuǎn)矩控制器模塊，制器模塊；Subsystem6和表示定子磁鏈所在扇區(qū)判別模塊；；Subsystem8和Subsyste9表示電壓開關(guān)

77、矢量選擇模塊，Subsysteml0表示三相逆變器模塊；Subsystem11表示三相-兩相變換模塊。</p><p>　　3.2仿真模型的建立</p><p>　　根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真模型總體結(jié)構(gòu)圖，逐步建立每一個(gè)模塊，然后整合在一起，就可以得到完整的控制系統(tǒng)仿真模型。下面逐一介紹每一模塊仿真模型的建立。</p><p>　　(1)異步電動(dòng)機(jī)模塊&l

78、t;/p><p>　　異步電動(dòng)機(jī)模塊采用異步電動(dòng)機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。模塊輸入為定子電壓的兩個(gè)分量，，輸出為定子電流的兩個(gè)分量、，電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。此模塊已在本章第1節(jié)做了詳細(xì)介紹，此處不再贅述。</p><p>　　(2)定子磁鏈估計(jì)模塊</p><p>　　定子磁鏈估計(jì)模塊采用u-i模型。模塊輸入為定子電壓的兩個(gè)分量、和定子電流的兩個(gè)分量、，輸出為定子磁鏈的

79、幅值。此模塊己在本章第3節(jié)做了詳細(xì)介紹，此處不再贅述。</p><p>　　(3)定子磁鏈控制器模塊</p><p>　　定子磁鏈控制器模塊采用雙電平模式，根據(jù)Matlab模塊建立。當(dāng)給定磁鏈大于實(shí)際磁鏈時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)碾妷菏噶恳栽龃蟠沛?；?dāng)給定磁鏈小于實(shí)際磁鏈時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)碾妷菏噶恳詼p小磁鏈。</p><p>　　模塊輸入為給定定子磁鏈幅值和實(shí)際定子磁鏈幅值，輸出為

80、。</p><p>　　->, =1 （2-25）</p><p>　　-<, =0 （2-26）</p><p>　　模塊框圖如圖2-37所示：</p><p>　　圖2-37定子磁鏈控制器模塊框圖</p><p><b>　

81、　參數(shù)設(shè)置如下：</b></p><p>　　Switch on point：0.05 Switch off point： -0.05</p><p>　　Output when on： 1 Output when off：0</p><p>　　(4)電磁轉(zhuǎn)矩控制器模塊</p><p>　　電磁轉(zhuǎn)矩

82、控制器模塊采用雙電平模式，根據(jù)Matlab模塊建立。當(dāng)給定轉(zhuǎn)矩大于實(shí)際轉(zhuǎn)矩時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)碾妷菏噶恳栽龃筠D(zhuǎn)矩；當(dāng)給定轉(zhuǎn)矩小于實(shí)際轉(zhuǎn)矩時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)碾妷菏噶恳詼p小轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　模塊輸入為給定電磁轉(zhuǎn)矩幅值和實(shí)際電磁轉(zhuǎn)矩幅值，輸出為</p><p>　　->2, =1; （2-27）</p><p>　　-<

83、;, =0 （2-28）</p><p>　　模塊框圖如圖2-38所示：</p><p>　　圖2-38電磁轉(zhuǎn)矩控制器模塊框圖</p><p><b>　　參數(shù)設(shè)置如下：</b></p><p>　　Switch on point： 2 Switch off poi

84、nt：-2</p><p>　　Output when on： 1 Output when off：0</p><p>　　(5)定子磁鏈所在扇區(qū)的判別模塊</p><p>　　定子磁鏈所在扇區(qū)判別模塊根據(jù)定子磁鏈的兩個(gè)分量、和給定定子磁鏈幅值三者之間的相互關(guān)系建立。三者之間的關(guān)系見下表：</p><p>　　表2-4定子磁鏈

85、所在扇區(qū)判別表</p><p>　　模塊輸入為定子磁鏈的兩個(gè)分量、，輸出為定子磁鏈所在扇區(qū)S。</p><p>　　模塊框圖如圖2-39所示。</p><p>　　圖2-39定子磁鏈所在扇區(qū)判別模塊框圖1 </p><p>　　圖2-39定子磁鏈所在扇區(qū)判別模塊框圖2</p><p>　　該模塊通過邏輯值1(二進(jìn)制)-

86、邏輯值2(二進(jìn)制)-真實(shí)值(十進(jìn)制)之間的轉(zhuǎn)換，最后得出定子磁鏈所在的扇區(qū)。</p><p>　　轉(zhuǎn)換過程如圖2-40所示：</p><p>　　圖2-40邏輯值1到邏輯值2的轉(zhuǎn)換原理</p><p><b>　　轉(zhuǎn)換為如下表格</b></p><p><b>　　其中</b></p>

87、<p><b>　　(2-29)</b></p><p><b>　　(2-30)</b></p><p><b>　　(2-31)</b></p><p>　　(6)電壓開關(guān)矢量選擇模塊</p><p>　　電壓開關(guān)矢量選擇模塊根據(jù)電壓開關(guān)矢量表建立。</p

88、><p>　　表2-5電壓開關(guān)矢量表</p><p>　　模塊輸入為定子磁鏈控制器模塊的輸出、轉(zhuǎn)矩控制器模塊的輸出定子磁鏈所在扇區(qū)判別模塊的輸出S，輸出為電壓開關(guān)矢量的二進(jìn)制表示。</p><p>　　模塊框圖如圖2-41所示。</p><p>　　圖2-41電壓開關(guān)矢量選擇模塊框圖a</p><p>　　圖2-41電壓開

89、關(guān)矢量選擇模塊框圖b</p><p>　　模塊框圖的第一部分的輸出是電壓開關(guān)矢量的十進(jìn)制表示，第二部分通過十進(jìn)制-二進(jìn)制轉(zhuǎn)換，得到電壓開關(guān)矢量的二進(jìn)制表示。</p><p><b>　　參數(shù)設(shè)置如下： </b></p><p>　　Look-Up Table(2-D)</p><p>　　Row index input

90、values：[1，2，3，4]；</p><p>　　Column index input values：[1，2，3，4]；</p><p>　　Matrix of output values：[，0，0，0，0，0；2，3，1，5，4，0，0，0，0，0，0；6，2，3，1，4，5]</p><p>　　(7)三相逆變器模塊</p><p&

91、gt;　　三相逆變器模塊根據(jù)三相逆變器供電的工作原理建立，其基本方程式如下：</p><p><b>　　(2-32)</b></p><p><b>　　(2-33)</b></p><p><b>　　(2-34)</b></p><p>　　其中，,,為三相交流電壓，為直

92、流電壓，、、表示三相橋臂所接電平的高低，高電平為1，低電平為0，共同構(gòu)成電壓開關(guān)矢量的二進(jìn)制表示。模塊輸入為電壓開關(guān)矢量的二進(jìn)制表示，輸出為相位互差的三相交流電壓。</p><p>　　模塊框圖如圖2-42所示：</p><p>　　圖2-42三相逆變器模塊框圖</p><p>　　(8)三相-兩相變換模塊</p><p>　　三相-兩相變換

93、模塊根據(jù)三相-兩相變換的基本方程式建立。</p><p><b>　　(2-35)</b></p><p>　　模塊輸入為定子三相交流電壓分量,,,輸出為定子兩相交流電壓分量,。</p><p>　　模塊框圖如圖2-43所示：</p><p>　　圖2-43三相-兩相變換模塊框圖</p><p>

94、　　至此，異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真模型所需要的獨(dú)立模塊已經(jīng)搭建完畢，利用Matlab的封裝技術(shù)，可以把上述8個(gè)模整合，得到完整的異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真模型。</p><p>　　3.3仿真結(jié)果及分析</p><p>　　為了驗(yàn)證所建立的異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)模型的合理性和有效性，本文對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。仿真所用到的電機(jī)參數(shù)如下：</p><p&

95、gt;　　額定電u=500v,頻率f=50Hz,額定轉(zhuǎn)速v=,，轉(zhuǎn)子電阻,定子電感,,定、轉(zhuǎn)子之間的互感,極對(duì)數(shù),,仿真時(shí)間t=2s.</p><p>　　仿真結(jié)果如圖2-44，圖2-45，圖2-46，圖2-47所示。</p><p>　　圖2-44定子磁鏈曲線 圖2-45電磁轉(zhuǎn)矩曲線</p><p>　　圖2-46負(fù)載轉(zhuǎn)矩曲線

96、 圖2-47電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線</p><p>　　圖2-44至圖2-47給出了異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果。0～0.5S為電機(jī)啟動(dòng)過程，0.5S以后，進(jìn)入直接轉(zhuǎn)矩控制方式，給定定子磁值為1.2Wb，定子磁鏈滯環(huán)比較器帶寬為-0.05Wb～0.05Wb。圖2-44仿真結(jié)果表明，定子磁鏈幅值被控制在1.15 Wb～1.25 Wb之間。0.5～1.5s，給定電磁轉(zhuǎn)矩幅值為20N·m。1.

97、5～2.0s，給定電磁轉(zhuǎn)矩幅值為10 N·m,電磁轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器帶寬為-2N·m～2N·m。圖2-45所示仿真結(jié)果表明，0.5～1.5s，電磁轉(zhuǎn)矩被控制在18 N·m～22N·m之間。1.5～2.0s, 電磁轉(zhuǎn)矩被控制在8 N·m～12N·m之間。圖2-47所示仿真結(jié)果表明，電機(jī)啟動(dòng)以后上升到額定轉(zhuǎn)速，0.5s以后下降到1170，1.5s以后又到1290。</p

98、><p>　　仿真結(jié)果表明，定子磁鏈幅值和電磁轉(zhuǎn)矩幅值均被控制在給定值的一定范圍以內(nèi)，轉(zhuǎn)速響應(yīng)快速且平穩(wěn)，證明了本文所設(shè)計(jì)的異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的合理性和有效性。</p><p><b>　　總結(jié)與展望</b></p><p>　　此設(shè)計(jì)首先分析了異步電動(dòng)機(jī)在兩相任意速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系、兩相靜止坐標(biāo)系和兩相同步坐標(biāo)系三種不同坐標(biāo)系下的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，

99、并就異步電動(dòng)機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型在Matlab仿真環(huán)境下進(jìn)行了仿真后分析了異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理，介紹了異步電動(dòng)機(jī)定子磁鏈估計(jì)的電壓-電流模型、電流-轉(zhuǎn)速模型和電壓-轉(zhuǎn)速模型3種基本模型，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了定子磁鏈估計(jì)的加權(quán)模型，并就上述4種模型在Matlab仿真環(huán)境下進(jìn)行了仿真驗(yàn)證；分析了電壓空間矢量對(duì)定子磁鏈幅值和電磁轉(zhuǎn)矩的影響，在分析對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩影響時(shí)，考慮了定子磁鏈幅值的變化；最后就異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)在M

100、atlab仿真環(huán)境下進(jìn)證。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的正確性和有效性。</p><p>　　在傳統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制中，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)過大、逆變器開關(guān)頻率不恒定、電機(jī)全速運(yùn)行范圍內(nèi)定子磁鏈的準(zhǔn)確估計(jì)等問題，在很大程度上限制了直接轉(zhuǎn)矩控制在交流調(diào)速運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用。針對(duì)上述問題，本文設(shè)計(jì)了一種新的定子磁鏈估計(jì)模型，總結(jié)如下，</p><p>　　異步電動(dòng)機(jī)全速運(yùn)行范圍內(nèi)定子

101、磁鏈的準(zhǔn)確估計(jì)是實(shí)現(xiàn)高性能的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。本文通過對(duì)傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制中定子磁鏈估計(jì)的三種基本模型的分析，設(shè)計(jì)了一種新的定子磁鏈估計(jì)的加權(quán)模型，來代替基本模型中的電壓-轉(zhuǎn)速模型，從而改善了電壓-轉(zhuǎn)速模型中電壓-電流模型和電流-轉(zhuǎn)速模型之間的平滑切換問題。</p><p>　　針對(duì)異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制理論和技術(shù)的研究，本文還有許多尚未完成的工作，還有待于進(jìn)一步研究，且本文所設(shè)計(jì)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)只是在Ma

102、tlab得到了驗(yàn)證，距離實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用還會(huì)面臨一些問題。如何把已有的解決方案運(yùn)用到工業(yè)現(xiàn)場中，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制的簡單化、經(jīng)濟(jì)化和最優(yōu)化，將是一個(gè)更為艱巨的任務(wù)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2005,190-216</p><p>　　[2]

103、 高景德.交流電機(jī)及其系統(tǒng)分析[M].北京：清華大學(xué)出版社，1993，469-486</p><p>　　[3] 洪乃剛.電力電子和電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的 MATLAB 仿真[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005，197-211</p><p>　　[4] 張燕賓 .實(shí)用變頻調(diào)速技術(shù)培訓(xùn)教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2003 </p><p>　　[5] 藏英杰.

104、交流電機(jī)的變頻調(diào)速[M]. 北京：中國鐵道出版社 ，1984</p><p>　　[6] 閻國華. 三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行速查表[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1993 </p><p>　　[7] 王琰.一種改進(jìn)的直接轉(zhuǎn)矩控制電壓矢量調(diào)制方法[J].微特電機(jī)，2006，(3):28-31 [24]</p><p>　　[8] 王斌.異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的探討與分

105、析[碩士學(xué)位論文].西安：西安交通大學(xué)，2001</p><p>　　[9] 黃國治 .Y2 系列三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004 </p><p>　　[10] 謝寶昌.異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制新方法[J]. 微特電機(jī)，2001，(3)：9-11</p><p>　　[11] 李 夙. 異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社

106、,1994.1-15</p><p>　　[12] 王沫然. simulink 4建模及動(dòng)態(tài)仿真[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2002.15-82.[13] 賈建強(qiáng)等. 基于matlab/simulink的交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真[J]. 電機(jī)與控制學(xué)報(bào), 2000(6):91-93.</p><p>　　[14] m.depenbrock.direct self-control

107、(dtc)of inverter-fed induction machine[J]. ieee trans. on pe, vol, pe-3, 1998, 4: 420-429.[15] isao. takahashi etc.a new quick-response and high-efficiency control strategy of an induction motor[J].ieee trans. ind. appl

108、icat, 1986, 22(5): 820-827.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　從論文準(zhǔn)備工作開始到至今，我的論文已經(jīng)接近尾聲。感謝我的論文指導(dǎo)老師—xx老師，本課題在選題及研究過程中得到了xx老師的悉心指導(dǎo)。xx老師多次詢問研究進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。xx老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度

109、，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不僅授我以文，而且教我做人，對(duì)xx老師的感激之情是無法用言語表達(dá)的。</p><p>　　感謝進(jìn)入大學(xué)以來對(duì)我有所幫助的所有老師，他們細(xì)心指導(dǎo)我的學(xué)習(xí)。在此，我要向諸位老師深深地鞠上一躬。 感謝我的同學(xué)們，在生活學(xué)習(xí)上對(duì)我的關(guān)心和幫助。   感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報(bào)，你們永遠(yuǎn)健康快樂是我最大的心愿。</p><

110、;p>　　感謝xx老師在組后時(shí)期對(duì)我工作上和生活上的幫助和教導(dǎo)，從你們身上我學(xué)會(huì)了很多，謝謝你們！</p><p>　　也很感謝我的室友和朋友們，謝謝你們與我相伴同行，與你們的每一天我都很開心快樂！</p><p>　　感謝xx學(xué)院在這三年以來對(duì)我的栽培！    在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋