【正文】 控制系統(tǒng)仿真模型總體結(jié)構(gòu)圖整個(gè)仿真模型由以下模塊構(gòu)成：Subsystem1表示異步電動(dòng)機(jī)Subsystem2和Subsystem3表示定子磁鏈估計(jì)模塊；Subsysteml4表示定子磁鏈控制器模塊，Subsystem5表示電磁轉(zhuǎn)矩控制器模塊，制器模塊；Subsystem6和表示定子磁鏈所在扇區(qū)判別模塊；；Subsystem8和Subsyste9表示電壓開(kāi)關(guān)矢量選擇模塊，Subsysteml0表示三相逆變器模塊；Subsystem11表示三相兩相變換模塊。將30％額定轉(zhuǎn)速定為切換點(diǎn)于此轉(zhuǎn)速用ui模型，低于此轉(zhuǎn)速用in模型。模型的基本方程式如下： (218)in模型是用定子電流和轉(zhuǎn)速來(lái)確定定子磁鏈的模型。定子磁鏈估計(jì)的基本模型分為電壓電流模型(ui模型)、電流轉(zhuǎn)速模型(in模型)和電壓轉(zhuǎn)速模型(un模型)三種。在點(diǎn)c，=1，=1，又查表可知為電壓矢量由此類(lèi)推，系統(tǒng)很容易在四個(gè)象限運(yùn)行。同樣的，電壓矢量、和作用時(shí)，轉(zhuǎn)矩會(huì)增大；、和作用時(shí)，轉(zhuǎn)矩會(huì)減小。圖214DTC控制下定子磁鏈?zhǔn)噶康能壽E圖215逆變器電壓矢量及時(shí)間段內(nèi)相應(yīng)定子磁鏈的變化表21給出了磁鏈滯環(huán)控制器的輸出、轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器的輸出、定子磁鏈所在扇區(qū)S(k)三者與所加在逆變器上的電壓矢量之間的關(guān)系。)。的圓形軌跡在滯環(huán)內(nèi)沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，如圖214所示。在直接轉(zhuǎn)矩控制中，其基本控制方法就是通過(guò)選擇電壓空間矢量來(lái)控制定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度，控制定子磁鏈走走停停，以改變定子磁鏈的平均旋轉(zhuǎn)速度的大小，從而改變轉(zhuǎn)矩角的大小，以達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。直接轉(zhuǎn)矩控制是為電壓源型ＰＷＭ逆變器傳動(dòng)系統(tǒng)提出的一種先進(jìn)的標(biāo)量控制技術(shù)，基于該技術(shù)的傳動(dòng)系統(tǒng)性能可與矢量控制的異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)性能相媲美。m) 圖210轉(zhuǎn)矩曲線(負(fù)載轉(zhuǎn)矩為10n圖23異步電動(dòng)機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的總結(jié)構(gòu)圖在圖23中， Subsystem1表示三相交流電源模塊，Subsystem2表示三相相變換模塊，Subsystem3表示異步電動(dòng)機(jī)模塊，三部分的具體結(jié)構(gòu)圖如圖24，圖25，圖26所示：圖24三相交流電源模塊結(jié)構(gòu)圖圖25三相相變換模塊結(jié)構(gòu)圖圖26異步電動(dòng)機(jī)模塊結(jié)構(gòu)圖仿真所用到的電機(jī)參數(shù)如下：額定電壓u=220v，頻率f=50Hz，額定轉(zhuǎn)速v=1480r/min，定子電阻＝，轉(zhuǎn)子電阻＝，定子等效兩相繞組的自感＝，轉(zhuǎn)子等效兩相繞組的自感＝，定子與轉(zhuǎn)子同軸等效繞組間的互感＝，極對(duì)數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。數(shù)學(xué)模型由以下方程表述：（1） 磁鏈方程 (29)式中,——d’q’ 坐標(biāo)系下定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈的兩個(gè)分量；, , , ——d’q’ 坐標(biāo)系下定子電流與轉(zhuǎn)子電流的兩個(gè)分量；——定子與轉(zhuǎn)子同軸等效繞組間的互感；——定子等效兩相繞組的自感；——轉(zhuǎn)子等效兩相繞組的自感；（2） 電壓方程 (210)式中，——d’q’ 坐標(biāo)定子電壓與轉(zhuǎn)子電壓的兩個(gè)分量；, ——定子電阻與轉(zhuǎn)子電阻——定子同步角轉(zhuǎn)速,——轉(zhuǎn)差頻率（3） 轉(zhuǎn)矩方程 (211)式中——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 ——電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)；（4）運(yùn)動(dòng)方程 (212)式中——負(fù)載轉(zhuǎn)矩——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；以上構(gòu)成異步電動(dòng)機(jī)在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。當(dāng)=0時(shí), =,即轉(zhuǎn)速的負(fù)值。通過(guò)坐標(biāo)變換，可以得到異步電動(dòng)機(jī)在兩相任意速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系、兩相靜止坐標(biāo)系、兩相同步坐標(biāo)系三種不同坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。為了能將異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型等效變換成類(lèi)似直流電動(dòng)機(jī)的形式，需要引入坐標(biāo)變換。這樣，電機(jī)繞組就等效成圖２１所示的三相異步電動(dòng)機(jī)的物理模型。圍繞直接轉(zhuǎn)矩控制存在的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量工作。此外，直接轉(zhuǎn)矩控制通過(guò)直接輸出轉(zhuǎn)矩和磁鏈的偏差來(lái)確定電壓向量，與以往的調(diào)速方法相比，它具有控制直接、計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)化的優(yōu)點(diǎn)。直接轉(zhuǎn)矩控制（Direct Torque Control——DTC）是在向量控制基礎(chǔ)之上發(fā)展起來(lái)的，是繼向量控制以后提出的又一種異步電動(dòng)機(jī)控制方法。所謂向量控制，就是將交流電動(dòng)機(jī)模擬成直流電動(dòng)機(jī)來(lái)控制，通過(guò)坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)電機(jī)定子電流的勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量的解耦，然后分別獨(dú)立控制，從而獲得高性能的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速回應(yīng)特性。因此，對(duì)驅(qū)動(dòng)球磨機(jī)、壓縮機(jī)等大功率、低轉(zhuǎn)速的機(jī)械設(shè)備，常采用同步電機(jī)。(4)電動(dòng)機(jī)的單機(jī)容量遠(yuǎn)大于直流電動(dòng)機(jī)。感應(yīng)電機(jī)應(yīng)用最廣，在不致引起誤解或混淆的情況下，一般可稱感應(yīng)電機(jī)為異步電機(jī)。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，近年來(lái)交流調(diào)速獲得飛躍的發(fā)展，采用交流電機(jī)拖動(dòng)方式逐步占據(jù)了主要地位。用直流電機(jī)可方便地進(jìn)行調(diào)速，其具有優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩控制性能，但由于本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，直流調(diào)速有幾個(gè)主要缺點(diǎn)：(1)直流電動(dòng)機(jī)容易出現(xiàn)故障，維修困難。相比向量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制省去了復(fù)雜的向量旋轉(zhuǎn)變換，其控制思想新穎、控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制手段直接、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速，因而是一種具有高靜、動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速方法。在向量控制過(guò)程中，轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大，以及在模擬直流電動(dòng)機(jī)控制過(guò)程中所用向量旋轉(zhuǎn)變換的復(fù)雜性，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理論分析的程度。與標(biāo)量控制不同，向量控制中變量的幅值和相位都被控制。相比直流拖動(dòng)，交流拖動(dòng)省去了電刷和換向器的經(jīng)常維修帶來(lái)的成本。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(shì)強(qiáng)于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。但是擴(kuò)展卡爾曼算法復(fù)雜，需要矩陣求逆運(yùn)算，計(jì)算量大，為滿足實(shí)時(shí)控制的要求，需要高速，高精度的數(shù)字信號(hào)處理器。在它的轉(zhuǎn)速環(huán)里面，利用轉(zhuǎn)矩反饋直接控制電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，因而得名。仿真結(jié)果表明，兩種改進(jìn)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)均能有效的減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)誤差。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)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學(xué)位論文。針對(duì)基于占空比控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和基于滑模變結(jié)構(gòu)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，本文分別對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩有擾動(dòng)和無(wú)擾動(dòng)、給定轉(zhuǎn)速為恒定值和不為恒定值四種情況進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，并分別和傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。關(guān)鍵詞：異步電動(dòng)機(jī) ； 直接轉(zhuǎn)矩控制 Asynchronous motor directly to the control of simulation studyABSTRACTThis paper first introduced the research background and development situation, and immediately and involves asynchronous motor direct torque control of production situation and domestic and foreign research present situation, finally began to asynchronous motor direct torque control simulation. As for the DTC system based on duty cycle control and the DTC system based on sliding mode control，this paper discusses four instanc of the load torque with disturbance and no disturbance，the constant and variabl assigned rev．Simulation shows that both improved DTC methods Can reduc torque ripple and the steady—state error of rev effectively．For the opptunity above basefrequency，three different DTC methods are utilized．Simulatio shows that both improved DTC systems are superior tothe traditional one inabove basefrequency operation．Key words：asynchronous motors ； diret torque control 前 言直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱DTC（Direct Torque Control）系統(tǒng)，是繼矢量控制系統(tǒng)之后發(fā)展起來(lái)的另一種高動(dòng)態(tài)性能的交流電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。從算法分析和系統(tǒng)仿真分析討論的結(jié)果，可以得出擴(kuò)展卡爾曼算法在無(wú)速度傳感器應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)是：利用擴(kuò)展卡爾曼濾波器可以不必了解電機(jī)的機(jī)械參數(shù)知識(shí)(可以克服電機(jī)參數(shù)反應(yīng)靈敏的問(wèn)題)，在電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中不必知道電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置(可以解決電機(jī)的啟動(dòng)問(wèn)題)，此外，EKF算法可以確保系統(tǒng)的全局穩(wěn)定性(其他一些通過(guò)狀態(tài)觀測(cè)器實(shí)現(xiàn)電機(jī)無(wú)速度傳感器控制的方法，通常僅在標(biāo)稱狀態(tài)的軌跡上將電機(jī)非線性化，不能保證系統(tǒng)的全局穩(wěn)定性)，而且整個(gè)系統(tǒng)易于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。特別是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。1 緒論運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)和交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)。標(biāo)量控制只對(duì)變量的幅值進(jìn)行控制，忽略電機(jī)的耦合效應(yīng)，其動(dòng)態(tài)性能較差，但實(shí)現(xiàn)