【正文】 s in22mme s r s rs r s rPPLLT L L L L? ? ? ? ???? ? ? （ 27） 此外電磁轉(zhuǎn)矩還可以表示成定子磁鏈和定子電流形式： ()32e ssssPT i i???????? （ 28） 運(yùn)動(dòng)方程： ( / )erLnJT T d d tP ??? （ 29） 式 27 中， ? 為定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈之間的夾角，即磁通角。逆變器上、下橋臂的開(kāi)關(guān)器件在任一時(shí)刻不能同時(shí)導(dǎo)通，一個(gè)處于開(kāi)通的狀態(tài)另一個(gè)必須處于斷開(kāi)的狀態(tài)，兩者處于開(kāi)關(guān)互逆狀態(tài)。對(duì)于逆變器的八種開(kāi)關(guān)狀態(tài)，對(duì)外部負(fù)載來(lái)說(shuō)，逆變器輸出七種不同的電壓狀態(tài)。 ( 010)SU (110 )SU( 011 )SU (100 )SU( 001 )SU (10 1 )SU?123 456000111b 圖 23 電壓空間矢量在坐標(biāo)系里的離散位置 本章小結(jié) 本章介紹了異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的原理，并闡述了通過(guò)調(diào)節(jié)空間電壓矢量的方法來(lái)控制異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。速度給定 *r? 與電機(jī)的速度觀測(cè)值 r? 進(jìn)行比較后經(jīng)過(guò)一個(gè) PI 調(diào)節(jié)器輸出轉(zhuǎn)矩給定信號(hào)*eT 。 從圖中可看到，直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)主要由以下幾部分組成 : (l)磁鏈、轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器 :由電流、電壓的采樣值經(jīng)過(guò) 3/2 變化按照電機(jī)數(shù)學(xué)模型計(jì)算出異步電機(jī)的定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩 。 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)是建立在靜止定子坐標(biāo)系下的，首先異步電機(jī)定子相電壓、相電流的采樣值經(jīng) 3/2 坐標(biāo)變換，得到 ??? 坐標(biāo)下的分量，再按照異步電機(jī)的定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩模型計(jì)算出實(shí)際轉(zhuǎn)矩 eT 和定子磁鏈 s? 的兩個(gè)分量 s?? 、 s?? ，這樣就可以計(jì)算出定子磁鏈幅值 ||s? 和磁鏈位置 ||n? 。 下面簡(jiǎn)要地分析一下這些基本組成部分。因此，通過(guò)速度調(diào)節(jié)器能獲得理想中的轉(zhuǎn)矩值，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。 磁鏈調(diào)節(jié) 磁鏈的調(diào)節(jié)通過(guò)磁鏈滯環(huán)比較器實(shí)現(xiàn)。當(dāng) s ?????? 時(shí)0F?? ，此時(shí)選擇擇電壓矢量使得 ||s? 減小 。 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的直接控制。 ( ( ) ( ) ) ( ) ( ) ( ( ) , ( ) ) ( ) ( ) ()s i n s i nt t t t t t t te m s s m s r s s m s r tT K K K? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ??（ 33） 在實(shí)際運(yùn)行中要確保要保證定子磁鏈?zhǔn)噶康姆禐槎ㄖ担闺妱?dòng)機(jī)的鐵芯得到充分的利用；轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康姆涤呻妱?dòng)機(jī)帶動(dòng)的負(fù)載決定。 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 14 s? 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)： 若 *ee TTT? ? ??時(shí)，則 1TF ?? 。綜合考慮轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器輸出，如果需要 s?作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，可選擇電壓矢量 34UU或 。如果需要s? 作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，可選擇電壓矢量 6U 或 1U 。施加零電壓矢量的時(shí)候，則定子磁鏈就會(huì)相應(yīng)的停止運(yùn)動(dòng)。 (3)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)值等于 90 度或施加零電壓矢量的時(shí)候，作用的結(jié)果使磁鏈幅值基本保持不變。 (2)當(dāng)施加落后于當(dāng)前定子磁通的電壓矢量，使得 0Teddt? 時(shí)，轉(zhuǎn)矩減小。在直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)中，其基本控制方法就是通過(guò)電壓空間矢量 ()tSu 來(lái)控制定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度，達(dá)到控制定子磁鏈的目的，從而控制改變定子磁鏈的平均旋轉(zhuǎn)速度 s? 的大小，從而改變磁通角 ?（ t） 的大小，達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的，如圖 36 所示 ?? (0 1 0 )Su ()1s t?()2s t?()2r t? ()1r t? 1t（ ）2t?（ ） 圖 36 電壓空間矢量對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的影響 1t 時(shí)刻的定子磁鏈 1()st? 和轉(zhuǎn)子磁鏈 1()rt? 及磁通角 1()t? 的位置如圖 36。 若從 1t 時(shí)刻考察到 2t 時(shí)刻，若此時(shí)給出的定子電壓空間矢量為零電壓空間矢量，則定子磁鏈空間矢量的位置 1()st? 保持靜止不動(dòng)，而轉(zhuǎn)子磁鏈空間矢量卻繼續(xù)以定子頻率的平均速度旋轉(zhuǎn)，從而磁通角將減小，轉(zhuǎn)矩因磁通角的減小變小。 一種是通過(guò)磁鏈、轉(zhuǎn)矩的兩點(diǎn)式或三點(diǎn)式調(diào)節(jié)信號(hào)和定子磁鏈所在的區(qū)間，確定所需施加的電壓空間矢量，從而將所有狀態(tài)列表依次列出，最后通過(guò)所選空間電壓矢量輸出開(kāi)關(guān)脈沖信號(hào)輸出給逆變器。因?yàn)橹挥羞M(jìn)行必要的分析才能對(duì)異步電動(dòng)機(jī)在不同的速度下運(yùn)行存在的問(wèn)題進(jìn)行有目的的改進(jìn)。在這個(gè)范圍內(nèi)，由于存在轉(zhuǎn)速低 (包括零轉(zhuǎn)速 )、定子電壓影響大等特點(diǎn)，會(huì)造成 :如磁鏈波形畸變，在低定子頻率乃至零頻時(shí)保持轉(zhuǎn)矩和磁鏈基本不變等問(wèn)題。 三 .轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器和磁鏈調(diào)節(jié)器的多功能的協(xié)調(diào)工作。 七 .每個(gè)區(qū)段上，有四個(gè)工作電壓狀態(tài)和兩個(gè)零電壓狀態(tài)的使用與選擇。這個(gè)范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)方案是典型的 DSR 控制的轉(zhuǎn)速范圍。 三 .轉(zhuǎn)矩兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)。磁鏈自控制環(huán)節(jié)給出正確的區(qū)段。首先，弱磁范圍內(nèi)進(jìn)行的是恒功率調(diào)節(jié)，而不是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)。二是電機(jī)轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，不是靠工作電壓和零狀態(tài)電壓交替工作從把轉(zhuǎn)矩限制在容差內(nèi)的方 法，而是靠六邊形磁鏈給定值的動(dòng)態(tài)變化調(diào)節(jié)的方法。 三 .六邊形磁鏈軌跡。 在弱磁范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器的輸出由轉(zhuǎn)矩給定值變?yōu)楣β式o定值，借以控制功率調(diào)節(jié)器進(jìn)行弱磁范圍的功率調(diào)節(jié)。磁鏈自控制單元控制六邊形磁鏈軌跡。 MATLAB 環(huán)境是由美國(guó) New Mexico 大學(xué)的 Clever Moler 于 1980 年開(kāi)始開(kāi)發(fā)的，1984 年由 Clever Moler 等人創(chuàng)立的 MathWorks 公司推出了第一各商業(yè)版本。 MATLAB 語(yǔ)言的特點(diǎn)： ，它可以有 nm個(gè)元素，每個(gè)元素都看作是復(fù)數(shù)，各種運(yùn)算對(duì)矩陣和復(fù)數(shù)都有效。 繪圖，能繪制多種坐標(biāo)系的圖形?；静糠职ǎ壕仃嚨母鞣N運(yùn)算和各種變換、代數(shù)和超越方程求解、數(shù)值積分等。 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 MATLAB 特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì) MATLAB 特點(diǎn)： 此高級(jí)語(yǔ)言可用于技術(shù)計(jì)算 此開(kāi)發(fā)環(huán)境可對(duì)代碼、文件和數(shù)據(jù)進(jìn)行管理 交互式工具可以按迭代的方式探查、設(shè)計(jì)及求解問(wèn)題 數(shù)學(xué)函數(shù)可用于 線性代數(shù) 、統(tǒng)計(jì)、傅立葉分析、篩選、優(yōu)化以及數(shù)值積分等 二維和三維圖形函數(shù)可用于可視化數(shù)據(jù) 各種工具可用于構(gòu)建自定義的圖形用戶界面 各種函數(shù)可將基于 MATLAB 的算法與外部應(yīng)用程序和語(yǔ)言（如 C、 C++、 Fortran、Java、 COM 以及 Microsoft Excel）集成 不支持大寫(xiě)輸入，內(nèi)核僅僅支持小寫(xiě) MATLAB 優(yōu)勢(shì)： （ 1）簡(jiǎn)單易用的程序語(yǔ)言 MATLAB 是一個(gè)高級(jí)的矩陣 /陣列語(yǔ)言，它包含控制語(yǔ)句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。 （ 3）應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱 MATLAB 對(duì)許多專門(mén)的領(lǐng)域都開(kāi)發(fā)了功能強(qiáng)大的模塊集和工具箱。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計(jì)算中的最新研究成果，而前經(jīng)過(guò)了各種優(yōu)化和容錯(cuò)處理。 （ 6）實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺(tái) 新版本的 MATLAB 可以利用 MATLAB 編譯器和 C/C++數(shù)學(xué)庫(kù)和圖形庫(kù)，將自己的MATLAB 程序自動(dòng)轉(zhuǎn)換為獨(dú)立于 MATLAB 運(yùn)行的 C 和 C++代碼。 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 22 動(dòng)態(tài)仿真工具 Simulink Simulink 是 MATLAB 的一個(gè)應(yīng)用工具箱，它用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包。 Simulink 創(chuàng)建的模型具有遞階的結(jié)構(gòu)，用戶可以自上而下或自下而上的建立模型。 [sys,x0,str,ts]=motor 1(t,x,u,flag,Rs,Rr,Ls,Lr,Lm) %輸入 :Uds, Uqs, Wr %輸出 :Uds, Ids, Uqs, IQs, Te %state variable: Ids, Iqs, Idr, Iqr %outputs: Uds, Uqs Switch flag, Case 0 [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes (Rs, Rr, Ls, Lr, Lm)。 otherwise error ([39。 = 4。 = 1。0。 function sys=mdlDerivatives(t,x,u,Rs,Rr,Ls,Lr,Lm) a=1Lm*Lm/(Ls*Lr)。 function sys=mdloutputs(t,x,u,Rs,Rr,Ls,Lr,Lm) sys(1)=u(1)。 sys(5)=3 *Lm*(x(2)*x(3)x(1)* x(4))。磁鏈當(dāng)前所在扇區(qū)判定選用 simulink 的 s 一 Fuion 來(lái)實(shí)現(xiàn)。 =0。 sys=simsizes(sizes)。 faiel=u(l)。 else Scl=l。其輸入為逆變器三相輸入開(kāi)關(guān)信號(hào)，輸出為異步電機(jī)的三相定子電壓。 otherwise error([’Unhandledflag=’， numZstr(flag)]) 。 =3 。 sys=[0 。0 。 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 str=[] 。 Sa=KSa(KUs) 。 sys(2)=Sb 。mZ，極對(duì)數(shù)為 2，定子電阻為 。M，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 0N*M，給定直流電壓為 308V；給定磁鏈容差為 ，給定轉(zhuǎn)矩容差為 *M。 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 32 結(jié)論與展望 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)是通過(guò)直接控制逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)而控制電動(dòng)機(jī)的電壓狀態(tài)，從而控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，使磁鏈軌跡近似為圓形。我利用 Matlab 軟件對(duì)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了直接轉(zhuǎn) 矩控制理論的正確性。 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 致謝 時(shí)間過(guò)得很快，轉(zhuǎn)眼間我就畢業(yè)了。回首來(lái)路，唯心存感激 本文在方俊初老師的精心指導(dǎo)下完成的。 功夫不負(fù)有心人，在經(jīng)歷了不斷修改后，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于成稿了。s magic flux and torque based on the measured voltage and current of the motor. Method Stator flux linkage is estimated by integrating the stator voltages. Torque is estimated as a cross product of estimated stator flux linkage vector and measured motor current vector. The estimated flux magnitude and torque are then pared with their reference values. If either the estimated flux or torque deviates from the reference more than allowed tolerance, the transistors of the variable frequency drive are turned off and on in such a way that the flux and torque will return in their tolerance bands as fast as possible. Thus direct torque control is one form of the hysteresis or bangbang control. This control method implies the following properties of the control: ? Torque and flux can be changed very fast by changing the references ? High efficiency amp。在此對(duì)幫助過(guò)我的導(dǎo)師、同學(xué)、朋友表示感謝。老師在我這幾個(gè)月的時(shí)間里提出了很多具有指導(dǎo)性的意見(jiàn)，使我受益匪淺。如今大學(xué)生活即將結(jié)束了，但我發(fā)現(xiàn)這還只是一個(gè)開(kāi)始，我面前的路還很長(zhǎng)。直接轉(zhuǎn)矩控制中定子電阻的觀測(cè)、無(wú)速度傳感器理論、電壓矢量細(xì)化等研究的不斷深入，與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等新技術(shù)的融合，以及研究將直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)應(yīng)用于同步電機(jī)的趨勢(shì)，使得直接轉(zhuǎn)矩控制在理論上日趨成熟。將現(xiàn)代控制理論應(yīng)用于直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的研究，無(wú)疑是這種新技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，也是當(dāng)今值得深入研究的課題。