【正文】 3):4245. [11] Garcia G O， Luis J C M， Stephan R M, An efficient controller for an adjustable speed induction motor drive[J]. IEEE Trans. Industry Applications， 1994， 41(l): 533539. 參考文獻(xiàn) 34 [12] 王子佳 . 電動汽車異步電機驅(qū)動系統(tǒng)的在線效率優(yōu)化控制 [D]. 北京 :清華大學(xué)，2020. [13] 唐浦華 , 劉飛 , 黎亞元 . 感應(yīng)電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) [J]. 電機與控制學(xué)報 , 2020, 11(1) :3233. [14] 陳伯時 .矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用特色 [J]. 電力電子 ,2020,2(1):59. [15] 符曦，感應(yīng)電機的矢量控制及應(yīng)用 [M],北京：機械工業(yè)出版社 ,2020. [16] 李夙，異步電機的直接轉(zhuǎn)矩控制 [M],北京：機械工業(yè)出版社 ,2020. [17] 程永奇 ,王永志，基于 Victim異步電機矢量控制系統(tǒng)建模與仿真 [J].電機與控制學(xué)報 ,2020,3（ 2） : 121124. [18] 王子佳 , 孫旭東 .電動汽車異步電動機驅(qū)動系統(tǒng)的在線效率優(yōu)化 [J]. 電氣傳動 , 2020, 35(7):4548. [19] 李巍 .PWM整流器及其控制 [M],機械工業(yè)出版社， 2020. [20] 張立偉 , 胡廣艷 , 溫旭輝 , 鄭瓊林 . 異步電機效率優(yōu)化算法設(shè)計 [J]. 中國鐵道科學(xué) , 2020, 29(1):8288. [21]劉小虎，謝順依，鄭力捷 . 一種改進(jìn)的感應(yīng)電機最大效率控制技術(shù)研究 [J].中國電機工程學(xué)報 , 2020, 25(6):9598. [22]黎英，時維國，譚昆玲 .考慮鐵損時異步電動機的數(shù)學(xué)模型及其仿真研究，電氣傳動，1998， 28(3):79. [23] 王益全，劉軍，秦曉平等 .電動機技術(shù)實用手冊 [J].北京：科學(xué)出版社， 2020， 841~878. [24] 薛定宇 ，陳陽泉．基于 MATLAB/SIMULINK的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用 [M].北京：清華大學(xué)出版社， 2020 [25] 黃忠霖 .控制系統(tǒng) MATLAB計算及仿真 [M].國防工業(yè)出版社 ,2020 [26] 張志涌 .MATLAB教程 [D].北京 .航空航天大學(xué)出版社 .2020.南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 致謝 在論文截稿之際，我謹(jǐn)向近四年來所有給予我?guī)椭膸熼L、好友及同窗同學(xué)致以最真誠的謝意！ 首先要衷心的感謝我的指導(dǎo)老師張興華和學(xué)長左厚貝對于我的指導(dǎo)和關(guān)懷。 最后，我還有感謝我的父母，因為是他們給了我學(xué)習(xí)的機會，在此表達(dá)我對他們衷心的感謝！ 。 在學(xué)習(xí)和生活中，給予我很多的關(guān)懷和照顧，使我能夠克服許多方面的困難，順利地完成課題工作。 （ 4）系統(tǒng)仿真研究是從理論上定量分析仿真的結(jié)果，從而理論上驗證系統(tǒng)設(shè)計的 有效性 。 仿真結(jié)果和實際理論推導(dǎo)的結(jié)果相一致。 對 感應(yīng)電機直接轉(zhuǎn)矩 控制的仿真做了詳細(xì)的介紹。 文中介紹了 環(huán)境下搭建的 直接轉(zhuǎn)矩 控制系統(tǒng)，經(jīng)理論分析及仿真結(jié)果研究，可以得到如下三個結(jié)論： 1）所搭建的系統(tǒng)穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等波形符合理論分析，具有比較好的動態(tài)和靜態(tài)性能。 圖 43 為 單調(diào)遞減搜索法的仿真結(jié)果 ， （ a） ~（ e） 依次為定子磁鏈軌跡、電機轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩、定子磁鏈幅值、電機損耗 。 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 圖 42(g) 單調(diào)遞減法效率優(yōu)化仿真模型 單調(diào)遞減 搜索 法 的仿真結(jié)果及 分析 仿真結(jié)果 將效率優(yōu)化控制策略應(yīng)用于 感應(yīng) 電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) ， 電機的參數(shù)：額定功率 ，電機極對數(shù) 2， 定子電阻 ，轉(zhuǎn)子電阻 ,鐵損等效電阻 ，定子漏感 ,轉(zhuǎn)子漏感 ，互感 ,轉(zhuǎn)動慣量 kg 單調(diào)遞減法效率優(yōu)化模型 圖為單調(diào)遞減法效率優(yōu)化仿真模型。D?和Q?為靜止兩相坐標(biāo)系下對應(yīng)的定子磁通分量 ? ?? dtiRu DsDD )(? ，? ?? dtiRu Qs )(? ，對應(yīng)的定子磁鏈觀測模型如下： 圖 42（ e）定子磁鏈的仿真模塊 第四章 在線搜索 效率優(yōu)化 Matlab 仿真 26 速度控制仿 真模型 圖 42（ f）速度控制模塊 從此模塊可得知，給定的轉(zhuǎn)速經(jīng)過限流器再取絕對值，然后查表得到磁鏈設(shè)定值。在此數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，使用常規(guī) Simulink 模塊建立了考慮鐵損的感應(yīng)電機仿真模型。 在以上模塊亓的基礎(chǔ)上，根據(jù)需要，可以組合封裝出常用的更為復(fù)雜的模塊，添加到所需模塊庫中去。 (4) 電機模塊庫 :包括激磁裝置、水輪機及其調(diào)節(jié)器、異步電動機、同 ?電加?xùn)M及其簡化模型和永磁同步電動機等。電氣系統(tǒng)模塊庫包括以下六個子模塊庫組成 : [25] (1) 電源模塊 :包括直流電壓源、交流電壓 源、交流電流源、可控電壓源和可控電流源等。 SIMULINK可以對通信系統(tǒng)、非線性控制、電力系統(tǒng)等進(jìn)衄淰入的建模、任真和研究。 [24] 具體到永磁同步電機伺服系統(tǒng)的設(shè)計，仿真工作可以確定 PI 參數(shù)的大致范圍，保證電機數(shù)學(xué)模型與坐標(biāo)變換的正確對應(yīng)，從而在實驗階段少走彎路，縮南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 短整個系統(tǒng)的開發(fā)時間。Tables）、數(shù)學(xué)運算模塊組（ Math）、非線性系統(tǒng)模塊組（ Nonliner）、信號與系統(tǒng)模塊組（ Signalsamp。 九十年代以來，國外開發(fā)了大量的仿真軟件，美國 MathWorks 公司推出的MATLAB 軟件是一種面向科學(xué)與工程計算的高級語言，它集科學(xué)計算、自動控制、信號處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖像處理等于一體，編程效率極高，同時也是一個十分出色的模塊仿真工具。 [18] 本章小節(jié) 本章主要介紹單調(diào)遞減法、梯度法 和 黃金分割法的 原理，它們都是通過在線搜索的方式獲得最優(yōu)磁鏈值，使輸入功率達(dá)到最小，實現(xiàn)效率最優(yōu)控制 。單谷函數(shù) ()xp （如圖 33(a)所示）有一條很重要的性質(zhì)利用這個性質(zhì)可以把搜索區(qū)間迅速縮小 ，從而求得函數(shù)的最小值。 黃金分割法 合理選擇搜索步長是基于梯度法的在線搜索控制算法的關(guān)鍵問題，若搜索區(qū)間和搜索步長設(shè)置不合適，則導(dǎo)致收斂時間長，或引起磁鏈和轉(zhuǎn)矩的脈動。 （ b） 計算新的插入點 4 對應(yīng)的 4s? 及 42k ； 4 3 2 31 ()2s s s s? ? ? ?? ? ? （ ） 4 2 4 2 4 2( ) / ( )in in s sk p p ??? ? ? （ ） （ C）檢驗 32k 和 42k 的符號相同，轉(zhuǎn)（ e）否則轉(zhuǎn)（ d）。 梯度法 對于電機最小損耗控制問題，利用梯度法在線搜索最小輸入功率運行點，依據(jù)這樣一個事實，即輸入功率是定子磁鏈的凹函數(shù)，存在一個全局最優(yōu)點，算法沿著輸入 功率減小的方向逐漸增加、減小定子磁鏈確定出最優(yōu)點可能存在的區(qū)間，然后改變步長搜索直至滿足終止條件便達(dá)到最優(yōu)點。其流程圖如圖 所示。 滯環(huán)控制屬于 BangBang 控制，滯環(huán)控制器相當(dāng)于兩點式調(diào)節(jié)器，也可看成是具有高增益的 P 調(diào)節(jié)器，雖然能使磁鏈和轉(zhuǎn)矩快速調(diào)節(jié)，但是磁鏈和轉(zhuǎn)矩不可避免地會產(chǎn)生脈動，若使脈動減小，可以減小滯 環(huán)比較器帶寬，但會增大逆變器的開關(guān)頻率和開關(guān)損耗，降低了運行效率，也提高了對電子開關(guān)的 技術(shù)要求。但在查詢前，需要提供定子磁鏈?zhǔn)噶康奈恢眯畔ⅲ瑘D中的 S? 表示的是扇區(qū)順序號。可以看出零電壓矢量能夠“緩和”電磁轉(zhuǎn)矩的急劇變化。 同定子磁鏈?zhǔn)噶靠刂撇煌氖牵姶呸D(zhuǎn)矩控制中采用了零電壓矢量 78,ssuu，主要是為了減小轉(zhuǎn)矩脈動。 表中， T? 符號由轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器的三個輸出信號來確定，當(dāng)需要定子磁鏈?zhǔn)噶肯蚯靶D(zhuǎn)時，即有： 若 | | | |e eref eT T T? ? ?，則輸出為 1， T? 取 1。對于其它區(qū)間可做出同樣的合理選擇。 [6] 開關(guān)電壓矢量的合理選擇 如圖 21（ d）給出了定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E在區(qū)間（ 1）的情形，在次區(qū)間內(nèi)選擇 1su 和 4su 是不合適的，因為會使 s? 幅值急劇變化，而難以將其控制在滯環(huán)帶寬內(nèi)，可選擇的電壓矢量有 2 3 5 6, , ,s s s su u u u 以及 78,ssuu。然后，將空間復(fù)平面分成六個區(qū)間，對照圖 22（ c）和圖22（ a）可以 看出，每個區(qū)間的范圍是以定子電壓矢量空間為中線，各向前后擴(kuò)展了 30 電角度，因此區(qū)間的跨度是 60 電角度，區(qū)間的序號 K=1,2,3…… 6 與定子電壓空間矢量的序號相同，例如區(qū)間（ 1）就是在 1su 所在的區(qū)間。反之，根據(jù)希望或設(shè)定的定子磁鏈?zhǔn)噶康倪\行軌跡，可以選擇合適的定子電壓空間矢量來予以實現(xiàn)。由定子每相磁鏈變化可知，定子每相電流波形將是非正弦的。 圖 22（ a）逆變器開關(guān)電壓矢量 假如定子磁鏈?zhǔn)噶康某跏贾?s OM? ? ,那么在定子 電壓矢量 1su （ 100）作用下，定子磁鏈?zhǔn)噶?s? 一定沿著 MN 的軌跡變化，因為 s?? 的方向要與 1su 一致，變化的速率則等于 1||su ，當(dāng) s? 運動到 N 的位置時， 1su （ 100）轉(zhuǎn)化為 2su （ 110），在 2su （ 110）作用下， s? 將沿著 NP 的軌跡變化，一次下去，便得到 s? 正六邊形的運動軌跡 MNPQRS。 在動態(tài)控制中，只要控制的響應(yīng)時間 比較子時間常數(shù)快得多，那么在這短暫的過程中就可以認(rèn)為轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶渴遣蛔兊?，進(jìn)而只要保持定子磁鏈的幅值不變，通過改變 sr? 就可以迅速地改變和控制電磁轉(zhuǎn)矩這就是感應(yīng)電機直接轉(zhuǎn)矩。 同樣，在定子三相軸系中定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈空間矢量都可表示為： s s s m rL i L i? ?? （ ） 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 r m s r rL i L i? ?? （ ） 由式（ ）可 得： 1 ()r r m sri L iL ??? （ ） 將式（ ）代入（ ），可將定子電流空間矢量表示為： smsrs r sLi L L L? ????? （ ） 式中， sL? 為定子瞬態(tài)電感， 2mssrLLLL? ??。 在滿足上述理想電機假設(shè)條件下，經(jīng)推導(dǎo)可得 感應(yīng) 電機在靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。在討論 感應(yīng) 電機的數(shù)學(xué)模型前假設(shè)電機有如下特性： （ 1） 電機三相定、轉(zhuǎn)子繞組完全對稱。 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 （ 3） 目前在線搜索控制器效率優(yōu)化的方法有 單調(diào)遞減法 、黃金分割法、梯度法等本文主要采用單調(diào)遞減法。 [20]首先，在優(yōu)化 ADRC參數(shù)時將混沌變量引人到 ADRC 參數(shù)的尋優(yōu)方式中，找出滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性條件和目標(biāo)函數(shù)最小原則的一組參數(shù)作為 ADRC 參數(shù)的次優(yōu)解，然后利用變尺度優(yōu)化算法再次進(jìn)行混沌變量的局部搜索找出全局最優(yōu)或接近最優(yōu)的 ADRC控制參數(shù)，對一個控制 系統(tǒng)而言，滿足穩(wěn)定性是最首要的條件，應(yīng)該保證滿足目標(biāo)函數(shù)取得最小值的某一組參數(shù)對控制系統(tǒng)是穩(wěn)定的，為便識別某組參數(shù)是否使閉環(huán)系統(tǒng)發(fā)散在設(shè)定值附近設(shè)定一個可行的區(qū)間，只要系統(tǒng)的輸出超出該區(qū)間，則舍棄這組參數(shù)重新搜索。搜索效率高，計算速度快，將變尺度混沌優(yōu)化策略應(yīng)用到 ADRC 參數(shù)的優(yōu)化中，在得到 ADRC 參數(shù)的次優(yōu)解基礎(chǔ)上，利用變尺度優(yōu)化搜索次優(yōu)值附近的全 局最優(yōu)解，避免了時間上的浪費，且在設(shè)計變量的取值區(qū)間得到了全局最優(yōu)解。Kirschen 等針對矢量控制系統(tǒng)以小步長減小磁鏈，直至達(dá)到最優(yōu)，這種方法能夠得到最優(yōu)磁鏈，但是收斂速度較慢，特別是當(dāng)最優(yōu)磁鏈遠(yuǎn)離額定磁鏈的時候；Sul 和 Famour 通過在線搜索最優(yōu)轉(zhuǎn)差頻率，直至輸入功率最小，然后將最優(yōu)轉(zhuǎn)差頻率以表格形式 存于內(nèi)存實時運行時通過查表使實際轉(zhuǎn)差頻率跟蹤最優(yōu)值；Moreira 等則提出通用型變頻調(diào)速系統(tǒng)利用定子相電壓三次諧波分量定理的SC；何光東提出基于斐波那契數(shù)列的尋優(yōu)方法，并采用前饋算法來補償尋優(yōu)過程中因磁鏈變化引起的轉(zhuǎn)矩?fù)p失，使轉(zhuǎn)矩保持恒定，這種控制方法不依賴電機參數(shù)且全局有意義，但其時間步長受到電機時間常數(shù)的限制，因此到達(dá)最優(yōu)工作點所需要的搜索時間較長。 依據(jù)損耗模型來優(yōu)化變頻調(diào)速系統(tǒng)效率的方法其效率是全局最優(yōu)的，這種方法的優(yōu)點在于最優(yōu)磁鏈直接由計算得到，控制速度快，但需要