异步电机直接转矩控制系统的设计

网络教育学院

本 科 生 毕 业 论 文（设 计）

题 目：基于

MATLAB异步电机直接转矩控制系统的设计 学习中心：大连理工大学网络教育学院 层 次： 专科起点本科 专 业： 电气工程及其自动化 年 级： 2010 年 秋 季 学 号： 101132409221 学 生： 王 子 健 指导教师： 唐 兴 波 完成日期： 2012 年 8 月16 日

摘 要

直接转矩控制(Direct Torgue Control，DTC)系统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。采用定子磁场定向，

直接跟踪定子磁链和转矩。借助于离散的两点式调节(Bang—Bang控制)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。定子磁

链运动轨迹近似为圆形的控制方案是，通过实时计算电机转矩与磁链的误差，结

合电机定子磁链的空间位置来选择相应的开关矢量。为了能够更好的，更直观的

观测圆形磁链轨迹，了解直接转矩控制的特点及其所能达到的效果，本论文在对

异步电动机直接转矩控制的基本原理进行充分分析的基础上,采用圆形磁链轨迹

控制方法，建立了异步电动机直接转矩控制系统的MATLAB／SIMULINK仿真模型。

在对磁链、转矩估算模型的分析设计过程中，本文对几种估算模型进行了比较，

最终综合了这几种模型的优点，设计出了磁链转矩估算的u i模型。考虑到实际

中对转矩的需要是第一位的，本文制定了优先调节转矩的控制策略，为了能够更

好的实现对转矩的控制，专门设计了转矩的三值调节器，并在电压空间矢量选择

上，以优先考虑达到转矩要求。在对磁链、转矩估算模型的分析设计过程中，本

文在几种估算模型中选择了磁链转矩估算的u i模型。考虑到实际中对转矩控制

的需要是第一位的，本文制定了优先调节转矩的控制策略。为了能够更好的实现

对转矩的控制，专门设计了转矩的三值调节器，并在电压空间矢量选择上，以优

先考虑达到转矩要求。

关键词:直接转矩控制；空间矢量；圆形磁链轨迹；异步电动机；磁链转矩估算

目 录

引言 ....................................................................... 1

1直接转矩控制技术概况 ...................................................... 2

1.1直接转矩控制技术的产生及应用 ........................................ 2

1.2直接转矩控制技术的发展 .............................................. 2

1.3论文内容 ............................................................ 4

2直接转矩控制理论 .......................................................... 5

2.1概述 ................................................................ 5

2.2直接转矩控制的基本原理 .............................................. 5

2.2.1异步电机动态数学模型 ........................................... 5

2.2.2 三相电压型逆变器的输出电压状态 ................................ 7

2.2.3空间电压矢量 ................................................... 8

2.2.4异步电机的磁链观测模型 ......................................... 9

2.2.5磁链、转矩与空间电压矢量的关系 ................................ 10

2.3直接转矩控制系统的基本组成 ......................................... 12

2.3.1磁链调节器 .................................................... 13

2.3.2转矩调节器 .................................................... 14

2.3.3磁链扇区划分和确定单元 ........................................ 15

2.3.4开关信号选择单元 .............................................. 16

2.3.5逆变器的开关频率调节 .......................................... 17

2.4 本章小结 ........................................................... 17

3仿真工具与仿真算法的选择 ................................................. 18

3.1 仿真工具的选择 ..................................................... 18

3.1.1常用的仿真语言及仿真工具 ...................................... 18

3.1.2 MATLAB／SIMULINK简介 ......................................... 18

3.2仿真算法 ........................................................... 19

3.2.1常用的仿真算法 ................................................ 19

3.2.2 SIMULINK中的仿真算法 ......................................... 19

3.3 本文对算法的选择 ................................................... 19

3.4 本章小结 ........................................................... 20

4异步电机直接转矩控制系统的建模的与仿真 ................................... 21

4.1系统仿真模型的建立 ................................................. 21

4.1.1磁链和转矩的估算模型 .......................................... 21

4.1.2转速PI调节器 ................................................. 22

4.1.3磁链和转矩的滞环调节模型 ...................................... 22

4.1.4磁链空间位置判断模型 .......................................... 23

4.1.5开关信号单元——电压空间矢量的选择 ............................ 25

4.2直接转矩控制系统仿真实验 ........................................... 25

4.2.1 仿真参数 ......................................................... 25

4.2.2 仿真结果 ..................................................... 25

4.2.3 仿真结果分析 ................................................. 30

4.3 本章小结 ........................................................... 30

结 论 ..................................................................... 31

致 谢 .................................................................... 32

参考文献 .................................................................. 33

引言

电气传动是现代最主要的机电能量变换形式之一。在当今社会中广泛应用着各式各样电气传动系统，其中许多机械有调速的要求：如车辆、电梯、机床、造纸机械、纺织机械等等，为了满足运行、生产、工艺的要求往往需要调速的另一类设备如风机、水泵等为了减少运行损耗，节约电能也需要调速。如果根据原动机来分类，那么原动机是直流电动机的系统称之为直流电气传动系统；反之原动机是交流电动机的系统，则称之为交流电气传动系统。如果根据转速的变化情况来分类，电气传动系统又可分为恒速电气传动系统和变速电气传动系统两大类。

在上世纪80年代以前，直流传动是唯一的电气传动方式。这是因为直流电动机调速方便，只 …… 此处隐藏：11040字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……