【正文】 srm s rmmLLR R RLL?? (39) 將 rs??? 代入式 221 可得 ()T P P Re r s s m eSdL u Tdt ?? ? ? ?? ? ? ? (310） 因此，單純從數(shù)學(xué)式 (310)上來看，可以得到以下結(jié)論 : (l)當(dāng)施加超前于當(dāng)前定子磁通的電壓矢量，使得 0Teddt? 時(shí)，轉(zhuǎn)矩增加。 (2)當(dāng)前所施加的電壓矢量與當(dāng)前定子磁鏈?zhǔn)噶恐g的夾角 ? 的絕對(duì)值大于 90 度的時(shí)候，作用的結(jié)果使磁鏈幅值減小。從圖安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 23 可以看出 :如對(duì)異步電動(dòng)機(jī)施加工作狀態(tài)的電壓矢量，則定子磁鏈的運(yùn)動(dòng)方向和幅值都將發(fā)生變化 。如果需要 s? 作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，可選擇電壓矢量 5U 。定子 磁鏈處于第一扇區(qū)，假設(shè)運(yùn)動(dòng)至 A 點(diǎn)，則有 s ???? ?? ，此時(shí)，磁鏈滯環(huán)比較器輸出信號(hào)為 F? ,輸出電壓矢量應(yīng)使 ||s? 增加。 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律為 : s? 逆時(shí)針 旋轉(zhuǎn)時(shí)： 若 *ee TTT? ??時(shí)，則 1tF? ； 若 * 0eeTT??時(shí)，則 0tF? ； 若 *0 ee TTT? ? ? ?時(shí)，則 tF 保持不變。通過電壓矢量來控制定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度，從而改變定、轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶恐g的夾角，達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的，用定轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶糠e來表達(dá)異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)與磁鏈調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)一樣，也采用滯環(huán)比較器 (見圖 33)輸入量為轉(zhuǎn)矩給定值 *eT 及轉(zhuǎn)矩觀測(cè)值 eT ，輸出量為 TF ， 2T? 為轉(zhuǎn)矩滯環(huán)范圍。調(diào)制規(guī)則為 : 當(dāng) s ????? 時(shí)， 1F?? ，此時(shí)選擇電壓矢量使 ||s? 增加 。由此可知控制異步電機(jī)的輸入電壓矢量，就可以控制定子磁鏈的大小、旋轉(zhuǎn)方向和速度。根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)方程 r eLdJ TTp dt? ??可知電磁轉(zhuǎn)矩與速度偏差之間是比例積分的關(guān)系。最后開關(guān)狀態(tài)選擇單元根據(jù)磁鏈控制信號(hào) F? 、轉(zhuǎn)矩控制信號(hào) tF 和磁鏈位置 ||n? ，查逆變器開關(guān)狀態(tài)表，輸出正確合理的開關(guān)狀態(tài)來控制逆變器驅(qū)動(dòng)電機(jī)正確運(yùn)行。 張偉：直接轉(zhuǎn)矩控 制的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 12 (4)開關(guān)狀態(tài)選擇單元 :根據(jù)定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩的控制信號(hào)以及定子磁鏈位置，輸出合適的開關(guān)狀態(tài) abcS 來控制逆變器驅(qū)動(dòng)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。開關(guān)狀態(tài)選擇器根據(jù)不同的扇區(qū)、轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制信號(hào)確定下一個(gè)時(shí)刻逆變器的開關(guān)狀態(tài)，從而確定電機(jī)的端電壓，保證電機(jī)在定子磁通不變情況下轉(zhuǎn)矩滿足負(fù)載的要求。 M速 度 P I調(diào) 節(jié) 器磁 鏈 滯 環(huán)轉(zhuǎn) 矩 滯 環(huán)開 關(guān)狀 態(tài)選 擇扇 區(qū) 判 斷磁 鏈 觀 測(cè)轉(zhuǎn) 矩 計(jì) 算逆變器3 / 2 相坐 標(biāo)變 換速 度 檢 測(cè)（ 速 度 傳 感 器 ）*s?*r?,ii??, buu??? ???? *eTNs? ,a b ci i i, bcu u u?r?F?TFeT 圖 31 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的典型框圖 圖 31 為典型的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)框圖，整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)磁鏈轉(zhuǎn)矩雙閉環(huán)系統(tǒng)。在這里我們引入 Park 矢量變換，選三相定子坐標(biāo)系中的 a 軸和 Park 矢量復(fù)平面正交的實(shí)軸重合，則其三相物理量 aU 、 bU 、 cU 的 Park 矢量 ()stu 為： 2433() 23 jjacbstu u u e u e????????? ?? （ 213） 從而我們可以得到逆變器的 7 個(gè)電壓狀態(tài)， (000 和 111 為零狀態(tài) )六個(gè)為有效電壓矢量，幅值均為 23dcu ，相鄰矢量相差 60 度，把整個(gè)平面均勻的劃分成六個(gè)扇區(qū)如圖 23 所示。這樣八種可能的開關(guān)狀態(tài)如表 21 所示： 表 21 逆變器的開關(guān)狀態(tài) 狀態(tài) 0 1 2 3 4 5 6 7 aS 0 0 0 0 1 1 1 1 bS 0 1 1 0 0 0 1 1 cS 0 0 1 1 1 0 0 1 八種可能的開關(guān)狀態(tài)可以分成兩類：一類是六種所謂的工作狀態(tài)，即如上表中的狀態(tài) ―1‖到 ―6‖，它們的特點(diǎn)是三相負(fù)載并不都是接到相同的電位上去；另一類開關(guān)狀態(tài)是零開關(guān)狀態(tài)，即表中的狀態(tài) ―0‖和狀態(tài) ―7‖，它們的特點(diǎn)是三相負(fù)載都接到相同的電位上去。 逆變器的數(shù)學(xué)模型與電壓空間矢量 逆變器如圖 22 所示，每一組的上下兩個(gè)開關(guān)器件的狀態(tài)相反，這樣逆變器共有 8種開關(guān)狀態(tài)組合。 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 susi sRs? Li?riRRJ?? 圖 21 電動(dòng)機(jī)空間矢量等效電路圖 圖 21 中各變量的意義如下： ?—電角速度（機(jī)械角速度與極對(duì)數(shù)的積） SU —定子電壓空間矢量 si 、 ri —定子、轉(zhuǎn)子電流空間矢量 s? 、 r? —定子、轉(zhuǎn)子磁鏈空間矢量 sR 、 L —單相定子電阻、電感 rR —折算到定子側(cè)的單相轉(zhuǎn)子電阻 L? —單相轉(zhuǎn)子漏感與定子漏感之和 由圖 21 可以得出定子電壓方程轉(zhuǎn)子電壓方程： sssS dU R i dt??? （ 21） 0 r rtrr jdRi d ?? ?? ? ? （ 22） 而定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈： S s m rs LiLi? ?? （ 23） rrr m sLiLi? ?? （ 24） 轉(zhuǎn)矩方程：消去電壓方程和磁鏈方程中的 si 和 ri ，可以得到以定子磁鏈 s? 、 r? 為狀態(tài)變量的異步電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)方程。 (3)電 動(dòng)機(jī) 氣隙磁動(dòng)勢(shì)在空間正弦分布。本章從異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型入手，闡述了直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本原理，對(duì)系統(tǒng)的各部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹和分析。矢量控制技術(shù)模仿直流電 動(dòng)機(jī) 的控制方法，以轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向，用矢量變換的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和磁鏈控制的完全 控制 。 為實(shí)現(xiàn)這一控制，并且考慮到逆變器件所能承受的開關(guān)頻率，將定子磁鏈的軌跡分為六個(gè)區(qū)，對(duì)定子磁鏈實(shí)行分區(qū)控制，不同區(qū)域采用不同定 子電壓切換向量，使得定子磁鏈的軌跡近似為一圓形。從轉(zhuǎn)矩控制的角度來看，只關(guān)心轉(zhuǎn)矩的大小，即電流和磁鏈的乘積，但從電動(dòng)機(jī)合理運(yùn)行的角度出發(fā)，仍希望磁鏈幅值不變。 總之，直接轉(zhuǎn)矩控制的發(fā)展得益于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，科技的進(jìn)步又進(jìn)一步促進(jìn)安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 了直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的迅猛的發(fā)展，相信在不久的將來應(yīng)用了高科技的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)會(huì)給社會(huì)帶來巨大的生產(chǎn)力。1987 年， Tamaishinzo 采用模型參考自適應(yīng) (MARS) 的方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的自適應(yīng)辯識(shí)。 (5)無速度傳感器理論 在速度檢測(cè)方面，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)要求有速度傳感器，存在成本高、安裝維護(hù)困難、系統(tǒng)易受干擾、可靠性降低、不適于惡劣環(huán)境等弊端。該觀測(cè)器把對(duì)定子電阻值影響比較大的三個(gè)因素 —定子電流、轉(zhuǎn)速和運(yùn)動(dòng)時(shí)間作為輸入量，以定子阻值的變化作為輸出，設(shè)計(jì)了模糊觀測(cè)器。為了改善這種情況，減小轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)，一些研究者提出了一種新的電壓矢量選擇方法 —預(yù)期電壓法 :首先根據(jù)轉(zhuǎn)矩偏差、磁鏈偏差和轉(zhuǎn)速計(jì)算出一個(gè)能達(dá) 到最佳控制的預(yù)期電壓，然后用電壓型逆變器的 6 個(gè)工作電壓中與之相鄰的兩個(gè)電壓矢量來合成它，計(jì)算出各自的工作時(shí)間 ,然后用零電壓補(bǔ)足采樣周期 ’。磁鏈調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器在結(jié)構(gòu)上相同。下面簡要介紹一些對(duì)直接轉(zhuǎn)矩控制中各控制環(huán)節(jié)的改進(jìn)研究情況。目前國內(nèi)外圍繞直接轉(zhuǎn)矩控制的研究十分活躍。為補(bǔ)償參數(shù)變化的影響，人們又引入了各種參數(shù)在線辨識(shí)和補(bǔ)償算法，但補(bǔ)償算法的引入也會(huì)使系統(tǒng)算法復(fù)雜化。 直接法就是通過在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部埋設(shè)感應(yīng)線圈以檢測(cè)電 動(dòng)機(jī)的 磁鏈，這種方式會(huì)使簡單的交流電 動(dòng)機(jī) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，降低了系統(tǒng)的可靠性，磁鏈的檢 測(cè)精度也不能得到長期的保證。所謂矢量控制，就是交流電 動(dòng)機(jī) 模擬成直流電 動(dòng)機(jī) 來控制，通過坐標(biāo)變換來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)定子電流的勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量的解藕，然后分別獨(dú)立調(diào)節(jié)，從而獲得高性能的轉(zhuǎn)矩 特性 和轉(zhuǎn)速響應(yīng)特性。就變頻調(diào)速而言，其形式也有很多。 論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）版權(quán)使用授權(quán)書 本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）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(jì)）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計(jì)）被查閱和借閱。 在 交流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù) 中 調(diào)壓調(diào)頻控制、矢量控制以及直接轉(zhuǎn)矩控制（ Direct Torque Control 簡稱 DTC） 具有代表性 。安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 引 言 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。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。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(jì)）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(jì)）。傳統(tǒng)的變頻調(diào)速方式是采用 v/f 控制。 矢量控制主要有兩種方式 :磁場(chǎng)定向矢量控制和轉(zhuǎn)差頻率矢量控制。因此，間接法是實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn) 轉(zhuǎn)子 磁鏈檢測(cè)的常用方法。 1985 年，德國魯爾大學(xué)的 DePenbrock 教授提出了一種新型交流調(diào)速理論一一直接轉(zhuǎn)矩控制。 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與展望 十幾年來，在國內(nèi)外直接轉(zhuǎn)矩控制不斷得到發(fā)展和完善，許多文章從不同的角度提出了新的見解和方法，特別是隨著各種智能控制理論的引入， 又涌現(xiàn)出了許多基于模糊控制和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的 DTC 系統(tǒng)，控制性能得到了進(jìn)一步的改善和提高。 張偉：直接轉(zhuǎn)矩控 制的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 4 (l)磁鏈調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器的細(xì)化改進(jìn) 傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制一般對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁鏈采用單滯環(huán)控制，根據(jù)各滯環(huán)的輸出結(jié)果來確定當(dāng)前 的電壓矢量。 (2)新型開關(guān)狀態(tài)選擇器的研究 用施密特觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)直接轉(zhuǎn)矩控制的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)和磁鏈調(diào)節(jié)時(shí)，需要人為設(shè)定觸發(fā)器的容差，其大小與系統(tǒng)的性能密切相關(guān)。 (4)低速性能的改善 傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，低速時(shí)定子磁鏈的觀測(cè)受定子電阻影響較大，因此如何準(zhǔn)確地檢測(cè)定子電阻的實(shí)時(shí)變化，一直是改善系統(tǒng)低速性能的首要問題。定子電阻初值與變化值相加就是控制中的定子電阻。采用無速度傳感器技術(shù)是當(dāng)今交流傳動(dòng)發(fā)展的趨勢(shì)。后來， Kubotahisao.， MatsuseKouki 又在電動(dòng)機(jī)全階觀測(cè)器的基礎(chǔ)上分別采用李亞普諾夫理論和波波夫理論推導(dǎo)出了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以及電動(dòng)機(jī)定轉(zhuǎn)子電阻的磁鏈觀測(cè)器，我國也有這方面的論文發(fā)表。 問題的提出與解決問題的途徑 在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中電路模型采用的是空間矢量等效電路模型，并且利用矢量變換將三個(gè)電壓標(biāo)量三維變換為一個(gè)電壓矢量二維 ，這樣可得到七個(gè)電壓狀態(tài)。 為了得到高動(dòng)態(tài)性能的轉(zhuǎn)矩特性，還應(yīng)使定子磁鏈的平均值盡可能為恒定值，這就需要對(duì)最初提出的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，最為理想的情況當(dāng)然是采用三相正弦波給感應(yīng)電動(dòng)機(jī)供電，定子磁鏈軌跡為圓形，諧波、噪音及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最 小，這需要增加開關(guān)數(shù)量及其切換頻率。對(duì)于轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)采用三值調(diào)節(jié)器，可以控制定子磁鏈正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或靜不動(dòng)，從而控制轉(zhuǎn)矩，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的快速調(diào)節(jié)。它的提出具有 跨 時(shí)代的意義。 異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型 交流異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型相當(dāng)復(fù)雜，它是一個(gè)高階 ，非線性，強(qiáng)禍合的多變量系統(tǒng)，坐標(biāo)變換的目的就是要簡化數(shù)學(xué)模型。 (4)鐵心渦流、飽和及磁滯損耗忽略不計(jì)。 張偉：直接轉(zhuǎn)矩控 制的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 8 10s s mrrSSssrmr rRrrrSSR R LL L L LdRLd RjL L LU???? ??????????? ?????? ???????? ???? ???? ???????? （ 25） 其 中 電 機(jī) 漏 感 系 數(shù) 21 mrSLLL? ?? （ 26） 電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以表示為定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈的形式 : | || |33