課程設(shè)計(jì)--異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制

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1、異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)研究課程設(shè)計(jì)II摘要隨著微電子技術(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)機(jī)調(diào)速技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，有了長足的進(jìn)步。異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)，由磁鏈方程、電壓方程、轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動(dòng)方程組成，為非線性，所以控制起來極為不便。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)勢強(qiáng)于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。在交流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)中調(diào)

2、壓調(diào)頻控制、矢量控制以及直接轉(zhuǎn)矩控制（DirectTorqueControl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)，它可以對所有交流電動(dòng)機(jī)的核心變量進(jìn)行直接控制。本文在理解了直接轉(zhuǎn)矩控制原理的基礎(chǔ)上，在MATLAB中進(jìn)行了仿真，得到了較為理想的結(jié)果。關(guān)鍵字：異步電動(dòng)機(jī)、MATLAB仿真、直接轉(zhuǎn)矩控制、電壓矢量目錄摘要I第1章緒論11.1課題研究背景11.2直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀11.2.1直接轉(zhuǎn)矩控制的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢11.2.2目前的熱點(diǎn)研究問題及解決方法2

3、1.3本文研究的主要內(nèi)容3第2章直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)理論42.1概述42.2異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型42.3逆變器的數(shù)學(xué)模型與電壓空間矢量62.4直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的組成82.5磁鏈調(diào)節(jié)102.6轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)102.7空間電壓矢量對定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩的影響112.7.1空間電壓矢量對定子磁鏈的影響112.7.2空間電壓矢量對電磁轉(zhuǎn)矩的影響13第3章直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的MATLAB仿真153.1異步電機(jī)及PWM控制模塊仿真153.2三相-兩相變換（3/2變換）163.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）173.4定子磁鏈的計(jì)算和轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊183.5空間電壓矢量的選擇模塊18第4章仿真

4、結(jié)果及分析20致謝22參考文獻(xiàn)23武漢理工大學(xué)《現(xiàn)代電力傳動(dòng)系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書第1章緒論1.1課題研究背景自從電氣化時(shí)代開始以來，電動(dòng)機(jī)就成為重要的動(dòng)力來源。直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)和交流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)在19世紀(jì)中期先后誕生。直流電機(jī)由于勵(lì)磁磁場和電樞磁場完全解耦，這樣可以根據(jù)調(diào)速性能的要求，按照經(jīng)典控制理論的方法獨(dú)立設(shè)置調(diào)節(jié)器，分別對勵(lì)磁磁場和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，因此直流調(diào)速系統(tǒng)具有良好的調(diào)速性能，調(diào)速平滑且易于控制，在高性能電氣傳動(dòng)領(lǐng)域一直占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著電力電子技術(shù)不斷發(fā)展，各類大功率半導(dǎo)體器件如GTO、MOSFET、IGBT等的不斷出現(xiàn)，使交流傳動(dòng)調(diào)速在

5、近十年來得到飛快進(jìn)步，高性能交流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。這時(shí)，直流電機(jī)和交流電機(jī)相比的缺點(diǎn)日益顯露出來，例如具有電刷和換相器因而必須經(jīng)常檢查維修，換向火花使它的應(yīng)用環(huán)境受到限制，換向能力限制了直流電機(jī)的容量和速度等等。于是，用交流可調(diào)傳動(dòng)取代直流可調(diào)傳動(dòng)的趨勢越來越明顯，交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)成為電氣傳動(dòng)控制的主要發(fā)展方向。1985年，德國魯爾大學(xué)的M．Depenbrock教授提出了一種新型交流調(diào)速理論——直接轉(zhuǎn)矩控制。這種方法是在定子坐標(biāo)系對電機(jī)進(jìn)行控制的，結(jié)構(gòu)簡單，在很大程度上克服了矢量控制中由于坐標(biāo)變換引起的計(jì)算量大，控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)性能受電機(jī)參數(shù)影

6、響較大等缺點(diǎn)，系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能指標(biāo)都十分優(yōu)越，是一種很有發(fā)展前途的交流調(diào)速方式。因此，直接轉(zhuǎn)矩控制理論一問世便受到廣泛關(guān)注。目前國內(nèi)外圍繞直接轉(zhuǎn)矩控制的研究十分活躍。1.2直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1直接轉(zhuǎn)矩控制的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)從物理關(guān)系上構(gòu)成轉(zhuǎn)矩與磁鏈的近似解耦關(guān)系，可以獲得良好的動(dòng)態(tài)性能，控制結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，很快就得到廣泛的推廣與應(yīng)用。而傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)在低速運(yùn)行區(qū)段與穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)段還存在很多問題，需要進(jìn)一步研究。僅從電機(jī)本身出發(fā)來完善直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)已經(jīng)是不可能的事情，必須另辟蹊徑?，F(xiàn)代的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)作為一種

7、新興的技術(shù)，需要各種先進(jìn)的控制技術(shù)作支撐，它已經(jīng)不是單一的一項(xiàng)技術(shù)，而是發(fā)展成多種學(xué)科交叉的一項(xiàng)綜合技術(shù)。下面就直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)所需要進(jìn)一步研究的問題進(jìn)行了總結(jié)：(1)先進(jìn)控制策略在現(xiàn)代直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)中的應(yīng)用，改善穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能問23武漢理工大學(xué)《現(xiàn)代電力傳動(dòng)系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書題對于現(xiàn)代直接轉(zhuǎn)矩控制來說，空間矢量調(diào)制模塊需要控制器來生成給定的空間電壓矢量，這樣可以充分發(fā)揮線性控制與各種非線性控制方法的各自優(yōu)點(diǎn)，如線性控制的平滑性、變結(jié)構(gòu)控制的快速性、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制的智能性與魯棒性，盡管在一定程度上增加了控制結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，然而控制器可以大大改善控

8、制性能。(2)磁鏈與轉(zhuǎn)矩估計(jì)問題對于直接轉(zhuǎn)矩控制來說，磁鏈與轉(zhuǎn)矩估計(jì)精度直接影響控制性能的好壞，甚至?xí)?dǎo)致控