【正文】 教學(xué)單位 電子電氣工程系 學(xué)生學(xué)號 200895014076 編 號 DQ2012DQ076 本科畢業(yè)設(shè)計 題　 目 感應(yīng)電機(jī)無速度傳感直接 轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計 畢業(yè)論文（設(shè)計）誠信聲明本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計）是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖表、資料均已作明確標(biāo)注，論文中的結(jié)論和成果為本人獨立完成，真實可靠，不包含他人成果及已獲得 或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。論文（設(shè)計）作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè)計）版權(quán)使用授權(quán)書本畢業(yè)論文（設(shè)計）作者同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文（設(shè)計）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計）被查閱和借閱。本人授權(quán)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)可以將本畢業(yè)論文（設(shè)計）全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文（設(shè)計）。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設(shè)計）或與該論文（設(shè)計）直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時，單位署名為 。論文（設(shè)計）作者簽名： 日期： 年 月 日指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日目 錄一、設(shè)計正文………………………………………………………（1）二、附錄1. 設(shè)計任務(wù)書…………………………………………………… （38）2. 設(shè)計中期檢查報告…………………………………………… （40）3. 指導(dǎo)教師指導(dǎo)記錄表………………………………………… （41）4. 設(shè)計結(jié)題報告………………………………………………… （42）5. 成績評定及答辯評議………………………………………… （44）6. 設(shè)計答辯過程記錄…………………………………………… （46） 感應(yīng)電機(jī)無速度傳感直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計 摘 要 :1985年德國學(xué)者Depenbrock提出了異步電動機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制(Direct Torque Control)變頻調(diào)速思想，直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)作為繼矢量控制之后出現(xiàn)的一種新型的現(xiàn)代交流電機(jī)控制技術(shù)，以其控制簡單、魯棒性強(qiáng)、動態(tài)性能好等優(yōu)點日益受到更多的關(guān)注。無速度傳感器技術(shù)的優(yōu)勢使得它成為目前電機(jī)控制研究熱點之一。兩者相結(jié)合構(gòu)成的無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)也成為未來電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展方向之一。本文正是針對這一技術(shù)進(jìn)行了一些研究。本文從異步電動機(jī)數(shù)學(xué)模型出發(fā)，根據(jù)傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制原理中電壓矢量的選擇方法，推導(dǎo)了一個優(yōu)化的電壓矢量選擇表。利用該電壓矢量表，直接根據(jù)定子磁鏈的軸分量，結(jié)合當(dāng)前的磁鏈位置查表得到磁鏈電壓，再根據(jù)轉(zhuǎn)矩誤差信號得出當(dāng)前的電壓矢量，對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制，產(chǎn)生適當(dāng)?shù)腜WM信號，使電機(jī)的磁鏈沿近似六邊形軌跡運(yùn)動的同時獲得高動態(tài)特性的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。本文利用基于數(shù)字信號處理器(DSP)開發(fā)的硬件系統(tǒng)，對六邊形磁鏈軌跡控制PWM方法和直接轉(zhuǎn)矩控制方案進(jìn)行了實驗研究，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。關(guān)鍵詞：直接轉(zhuǎn)矩；DSP ；電壓矢量表Induction motor speed sensorless direct torque control system designAbstract : The strategy of Direct Torque Control is one of the variable frequency speedcontrol scheme, which was developed in 1985 by Prof. Depenbrock. The Direct Torque Control (DTC) technique attracts more and more attention after VectoControl theory because of its robust characteristic, simple realization and excellent dynamic advantages of speedsensorless technique have made it bee afocus of current motor control reseach the bination of these two techniques,speedsensorless DTC system bee one of the directions for motor control technique in future. In this paper, the scheme is investigated thoroughly. On the basis of the mathematical model of induction machine, an optimized voltage vector selection table was deduced based onthe theory of the tradition DTC. By utilizing the vector selection table, we can get it directly from the voltage vector select table after we attained three values, that is, the pfractions of the stator flux and current position of it. According to the torque error signal, we can get the current voltage vector under which the inverter will produce relevant PWM voltage signal to the motor terminals. High dynamic response of torque control of the induction motor is achieved as the stator flux moves along a hexagon approximately. We developed a hardware system based on Digital Signal Processor (DSP) and carried out DTC experiment on it, realizing the successful operation of the system. Keywords:DTC。 DSP。 voltage vector selection table目 錄1 緒 論 1 概述 1 交流異步電機(jī)的控制策略分類 12 異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型和電壓空間矢量 3 異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型 3 電壓空間矢量 103 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 12 主電路的設(shè)計 12 控制回路設(shè)計 17 DSP控制板 174 系統(tǒng)軟件設(shè)計 23 直接轉(zhuǎn)矩控制的原理 23 定子磁鏈觀測器 24 磁鏈和轉(zhuǎn)矩的控制 26 磁鏈位置的判斷 28 電壓矢量選擇表 29 主程序設(shè)計 31 子程序設(shè)計 315結(jié) 論 34致 謝 35[參考文獻(xiàn)] 36III1 緒 論 概述現(xiàn)代電氣傳動技術(shù)以電機(jī)為控制對象、微處理器為控制核心、電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動控制理論的指導(dǎo)下組成電氣傳動控制系統(tǒng)以達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速或位置的目的[1]。直流電機(jī)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用機(jī)械換向器和電刷，使它具有難以克服的固有的缺點，如造價高、維護(hù)難、壽命短、存在換向火花和電磁干擾，電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速、單機(jī)容量和最高電壓都受到一定的限制，所以交流電機(jī)得以進(jìn)入更多的領(lǐng)域并得到迅猛發(fā)展[2]。交流變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起、制動性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，被國內(nèi)外公認(rèn)為最有前途的調(diào)速方式，成為當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程以及提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。隨著電力電子技術(shù)、微電子學(xué)、計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電力傳動領(lǐng)域正在發(fā)生著交流調(diào)速代替直流調(diào)速和計算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)代替模擬控制技術(shù)的革命[3]。 交流異步電機(jī)的控制策略分類(1) V/F控制當(dāng)前異步電機(jī)調(diào)速總體控制方案中，V/F控制方式是最早實現(xiàn)的調(diào)速方式。該控制方案結(jié)構(gòu)簡單，通過調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓實現(xiàn)電機(jī)的速度調(diào)節(jié)，根據(jù)電機(jī)參數(shù)，設(shè)定V/F曲線，其可靠性高。但是，由于其屬于速度開環(huán)控制方式，調(diào)速精度和動態(tài)響應(yīng)特性并不是十分理想。尤其是在低速區(qū)域由于定子電阻的壓降不容忽視而使電壓調(diào)整比較困難，不能得到較大的調(diào)速范圍和較高的調(diào)速精度。異步電動機(jī)存在轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷力矩變化而變動，即使目前有些變頻器具有轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能及轉(zhuǎn)矩提升功能，%的精度，所以采用這種V/F控制的通用變頻器異步電機(jī)開環(huán)變頻調(diào)速適用于一般要求不高的場合，如風(fēng)機(jī)、水泵等機(jī)械。若開發(fā)高性能專用變頻控制系統(tǒng)，此種控制方式不能滿足系統(tǒng)要求[4]。(2) 矢量控制矢量控制是當(dāng)前工業(yè)系統(tǒng)變頻系統(tǒng)應(yīng)用的主流，它是通過分析電機(jī)數(shù)學(xué)模型對電壓、電流等變量進(jìn)行解藕而實現(xiàn)的。針對不同的應(yīng)用場合，矢量控制系統(tǒng)可以分為帶速度反饋的控制系統(tǒng)和不帶速度反饋的控制系統(tǒng)。矢量控制變頻器可以分別對異步電動機(jī)的磁通和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行檢測和控制，自動改變電壓和頻率，使指令值和檢測實際值達(dá)到一致，從而實現(xiàn)了變頻調(diào)速，大大提高了電機(jī)控制靜態(tài)精度和動態(tài)品質(zhì)。轉(zhuǎn)速精度約等于 %，轉(zhuǎn)速響應(yīng)也較快。但其需要進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算以及速度傳感器的安裝，使得其穩(wěn)定性大大的降低[5]。(3) 直接轉(zhuǎn)矩控制除以上兩種調(diào)速方式之外，國際學(xué)術(shù)界比較流行的電機(jī)控制方案研究還有致力于直接控制電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)。將電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩作為直接控制對象，通過控制定子磁場向量控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。將直接轉(zhuǎn)矩控制和矢量控制進(jìn)行對比，單從原理上分析，直接轉(zhuǎn)矩控制和矢量控制沒有太大的區(qū)別。直接轉(zhuǎn)矩控制的特征是控制定子磁鏈，是直接在定子靜止坐標(biāo)系下，以空間矢量概念，通過檢測到的定子電壓、電流，直接在定子坐標(biāo)系下計算與控制電動機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，獲得轉(zhuǎn)矩的高動態(tài)性能。它不需要將交流電動機(jī)化成等效直流電動機(jī)，因而省去了矢量變換中的許多復(fù)雜計算，它也不需要模仿直流電動機(jī)的控制，從而也不需要為解耦而簡化交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型，而只需關(guān)心電磁轉(zhuǎn)矩的大小，因此控制上對除定子電阻外的所有電機(jī)參數(shù)變化魯棒性良好，所引入的定子磁鏈觀測器能很容易得到磁鏈模型，并方便地估算出同步速度信息，同時也很容易得到轉(zhuǎn)矩模型，磁鏈模型和轉(zhuǎn)矩模型就構(gòu)成了完整的電動機(jī)模型，因而能方便地實現(xiàn)無速度傳感器控制。(4) 智能控制在經(jīng)典和各種近代的控制理論基礎(chǔ)之上提出的控制策略都有一個共同點即控制算法都依賴于電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，但當(dāng)模型受到參數(shù)變化和擾動作用影響時，如何進(jìn)行有效的控制，使系統(tǒng)仍能保持優(yōu)良的動靜態(tài)性能，便是人們需要研究的一個大課題。智能控制就隨之產(chǎn)生