【正文】 及的控制策略進(jìn)行的直接轉(zhuǎn)矩仿真，所得到的系統(tǒng)的動靜態(tài)特性都很優(yōu)良，與理論分析的結(jié)果也基本吻合。從圖中可以看到，在突加負(fù)載后，定子三相電流變大，轉(zhuǎn)矩經(jīng)過一個波動后，穩(wěn)定在 附近 。電流的放大 波形如圖 48： 圖 4－ 8 定子三相電流放大圖 圖 4－ 8 中第二條曲線為電磁轉(zhuǎn)矩的波形。 33 圖 46 定子磁鏈軌跡 圖 4－ 7 為系統(tǒng)啟動時，空載時的定子三相電流、轉(zhuǎn)矩、和轉(zhuǎn)速的波形。圖 45 為經(jīng)過逆變器之后，輸入電機(jī)的 AB 相之間的線電壓。 圖 44 開關(guān)狀態(tài)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 仿真結(jié)果及其分析 這里使用的是 Simlink Simpowersystems 提供的三相異步電動機(jī)模塊，其參數(shù)選擇如下：參考坐標(biāo)系為 Stationary－定子參考坐標(biāo)系，電動機(jī)類型選為 Squirrel鼠籠型， P＝ 3hp， U1＝ 380V， f＝ 50HZ， Np＝ 2， Ne＝ 1400rpm， Ls=Lr=*10－ 3H， Lm＝ *10－ 3H， Rs＝ ， Rr＝ ， Te＝ ， J＝ ， 32 電機(jī)參數(shù)還可以通過雙擊電機(jī)模塊來修改，以期與實(shí)際電機(jī)參數(shù)相一致。 11111110dF? ? ?? ? ? ?? ? ????? ? ? ??? ? ? ? ? ??? ? ? ??－ 增 大 磁 鏈不 變 －－ 減 小 磁 鏈 () 31 1T1T T Td T T T TT T T???? ???? ? ? ? ? ??? ???－ 增 大 轉(zhuǎn) 矩0 － 減 小 轉(zhuǎn) 矩－ － 迅 速 減 小 轉(zhuǎn) 矩 () 該模塊根據(jù)式 ()和 ()可以構(gòu)建磁鏈滯環(huán)和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)如圖 42 和圖 43。 (2) 轉(zhuǎn)速 PI 調(diào)節(jié)模塊 通過對給定轉(zhuǎn)速與反饋轉(zhuǎn)速之間的差值進(jìn)行 PI 調(diào)節(jié)，可以得到系統(tǒng)的給定轉(zhuǎn)矩。為了得到精確且迅速的計(jì)算結(jié)果 ， 本文中的仿真求解器選為 ode23db 變步長求解器。在美國等發(fā)達(dá)國家的大學(xué)里 MATLAB 是一種必須掌握的基本工具，而在國外 30 的研究設(shè)計(jì)單位和工業(yè)部門，更是研究和解決問題的一種標(biāo)準(zhǔn)軟件。 現(xiàn)在， MATLAB 語言不僅廣泛應(yīng)用于控制領(lǐng)域，也應(yīng)用于其它的工程和非工程領(lǐng)域。利用轉(zhuǎn)矩的 Bang－ Bang 控制交替使用工作狀態(tài)和零狀態(tài)，使磁鏈走走停停，從而改變了磁鏈的平均旋轉(zhuǎn)速度 SW 的大小，也就改變了磁通角 θ（ t） 的大小，達(dá)到控制電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。一臺電壓型逆變器處于某一工作狀態(tài)時，定子磁鏈軌跡沿著該狀態(tài)所對應(yīng)的定子矢量方向運(yùn)動，速度正比于電壓矢量的幅值 E34（ E：逆變器直流輸入電壓的一半）。 定子磁鏈空間矢量的運(yùn)動軌跡取決于與定子電壓空間矢量。如果要改變異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩，可以通過改變定子磁通角∠（Ψ s， is）來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)式（ ）構(gòu)成的轉(zhuǎn)矩觀測模型如圖 34 所示。 27 圖 32 異步電動機(jī)各量空間矢量圖 圖中： is(t)為定子電流空間矢量； ir(t)為轉(zhuǎn)子電流空間矢量； Ψ s(t)為定子磁鏈空間矢量； Ψ r(t)為轉(zhuǎn)子磁鏈空間矢量；ω為電角速度（機(jī)械角速度和極對數(shù)的積）； Lm 為互感； Lσ s 為定子 漏感； Ls 為定子全電感； Lr為轉(zhuǎn)子電感 根據(jù)以上規(guī)定，異步電動機(jī)在定子坐標(biāo)系上由下列方程式表示定、轉(zhuǎn)子磁鏈： 定子磁鏈 ? ? rmssmmss iLiLLLL ＋＋＝＋＝ ?? rs ii 轉(zhuǎn)子磁鏈 ? ? smrsmrmr iLiLLLL ＋＋＝＋＝ ?? rs ii （ ） 氣隙磁鏈 rs ii mmm LL ＋＝? 不同與矢量變換控制系統(tǒng)，直接轉(zhuǎn)矩控制方法是以定子磁鏈?zhǔn)噶繛榛鶞?zhǔn)，并維持其幅值為恒定，為此中的第二式計(jì)算異步電動機(jī) 的電磁轉(zhuǎn)矩 Tei。 由式（ ）知道，轉(zhuǎn)矩等于磁勢矢量 Fs 和 FΣ 的矢量積，而 Fs 比例于定子電流矢量 is， FΣ 比例于磁鏈?zhǔn)噶? Ψ m，因而可以知曉轉(zhuǎn)矩與定子電流矢量 is 及磁鏈?zhǔn)噶喀?m的模值大小和二者之間的夾角有關(guān)，并且電子電流矢量 is 的模值可直接檢測得到，磁鏈?zhǔn)噶喀?m的模值可從電機(jī)的磁鏈模型中獲得。但是，由于這些矢量在異步電動機(jī)定子軸系中的各個分量都是交 流量，故難以計(jì)算和控制。由電機(jī)統(tǒng)一理論可知，電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由這些磁勢矢量的相互作用產(chǎn)生的，即等與他們中任何兩個矢量的矢量積。 Ψ?和Ψ?通過磁鏈計(jì)算單元 ,得到了定子磁鏈Ψ s的幅值 |Ψ s| 和所在區(qū)間信號 SN。 (3) 定子磁鏈?zhǔn)噶?、定子電壓矢量和開關(guān)狀態(tài)關(guān)系一一對應(yīng)，系統(tǒng)特別適合利用 DSP 實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化。最后介紹了用于本文所研究的直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速系統(tǒng)的控制方案，并通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方案的有效性。本文在閱讀大量國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上， 對直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真和一些實(shí)驗(yàn)研究，在定子磁鏈的觀測、低速性能的改 24 善方面都有一定的改進(jìn)和提高，內(nèi)容如下 。避開了電機(jī)中不易確定的參數(shù) (轉(zhuǎn)子電阻 ):因定子磁鏈的估算只與相對比較容易測量的定子電阻有關(guān)，所以使得磁鏈的估算更容易、更精確，受電機(jī)參數(shù)變化的影響也更小。 直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制不同，它不是通過控制電流、磁鏈等量來間接控制轉(zhuǎn)矩，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控量來控制。它采用離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)器 (Β andΒ and 控制 ) ,把轉(zhuǎn)矩檢測值與轉(zhuǎn)矩給 定值作比較 ,使轉(zhuǎn)矩波動限制在一定的容差范圍內(nèi)。 Simulink 包含許多的模塊庫，利用這個仿真軟件，使得研究人員不必再將大量的精力用于編寫程序，用戶只需要利用鼠標(biāo)點(diǎn)擊、拖動所需的模塊進(jìn)行操作。 所以直接轉(zhuǎn)矩控制策略具有控制方式簡單 、 轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快 、 便于實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn) 。它用空間矢量分析方法，在二相靜止坐標(biāo)系下計(jì)算、控制異步電動機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，采用兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)產(chǎn)生 PWM信號，直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動態(tài) 性能。MATLAB/SIMULINK。本設(shè)計(jì)最后通過 MATLAB 系統(tǒng)仿真取得了良好的結(jié)果，各項(xiàng)性能指標(biāo)都能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的 要求。用軟件編程完成電流、轉(zhuǎn)速等各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定與反饋電壓平衡，輸入偏差為零，但是由于積分作用，其輸出還很大，所以出現(xiàn)超調(diào)。從仿真結(jié)果可以看出，它非常接近于理論分析的波形。 圖 7 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型 18 仿真參數(shù)計(jì)算： 電流反饋系數(shù)： * ?? Idmimu? 電抗電磁轉(zhuǎn)矩時間常數(shù)： 8s375Te2m ?? ?CRDG 電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩時間常數(shù)： l ?? ?? 三相晶閘管平均失控事件： S s ? 電流環(huán)時間常數(shù)： 0 0 3 7 0 0 1 i ?????? OiS TT 又 %5%i ?? 按典 I系統(tǒng) 電流環(huán)參數(shù)計(jì)算： ssKsKK iiiipi ??? 11(s )w A C R ???? i? =T1= RI ?? ? ? sK ii ?? 40m a xm a xS ??cudmK 轉(zhuǎn)速環(huán)參數(shù)計(jì)算： rinVuuomno m /* ???? ssKsKK nnnnpn ?? 11(s ) 2A S Rw ???? ??nT )2(n ???? ?? onin TThhT? 其中 h 取 5。本次系統(tǒng)仿真采用后一種方法。 負(fù)載電流為 NI 時。它的主要參數(shù)見下表。其結(jié)構(gòu)圖如下： 圖 5 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 16 1. 給定環(huán)節(jié)的選擇 已知觸發(fā)器的移相控制電壓 cU 為正值，給定電壓經(jīng)過兩個放大器它的輸入輸出電壓極性不變，也應(yīng)是正值。 （ 5） 計(jì)算調(diào)節(jié)器的電阻和電容 取運(yùn)算放大器的 0R =40?k ，有 0RKR ii ?? =? 40=?k ，取 45?k ， 15 FkRC iii ?? ???? ，取 F? ， FkRTC oioi ? 0 ????? ， 取 F? 。 （ 4）校驗(yàn)近似條件 電流環(huán)截止頻率 ciW = IK = 1?s 。同步電壓二次側(cè)取 30V，一次側(cè)直接與電網(wǎng)連接，電壓為380V,變壓比為 380/30=。設(shè)觸發(fā)電路的觸發(fā)電流為 250mA，則脈沖變壓器的一次側(cè)電流只需大于 250/3= 即可。選用 XDX2 型紅色指示燈。根據(jù)額定勵磁電流 Iex =，可選用吸引線圈電流為 的 JL1411ZQ 直流欠電流繼電器。 本設(shè)計(jì)中取 TK =、 shU =5 所以 TL = 510 ?? mH = （ 4）實(shí)際串入平波電抗器的電感量 考慮輸出電流連續(xù)時的實(shí)際電感量： ? ? )2(,m a x 121 ???? TDd LLLLL mH （ 315） （ 5) 電樞回路總電感 : TDd LLLL 21 ???? =＋ ＋ 2 mH =105mH 8．勵磁電路元件的選擇 整流二極管耐壓與主電路晶閘管相同，故取 800V。 （ 1）快速熔斷器的選擇 接 有 電 抗 器 的 三 相 全 控 橋 電 路 ， 通 過 晶 閘 管 的 有 效 值TI = 3/Id = 3/ = 選取 RLS50 快速熔斷器，熔體額定電流 25A。 由上表得 C=， R=80Ω， 電容耐壓≥ mU = U? = 6 125=460V 選 C為 的 CZJD2 型金屬化紙介質(zhì)電容器 , 耐壓為 500V。 DCMA UU )~(1 ? =(～ ) 230V=414～ 460V 選 MY430/3 型壓敏電阻。 取 shU =5V， emshIUSUR ? = 32 ??? ?Ω =， 選 5Ω 6102 ??? Cc fCUI ? = 61012525502 ?????? = RIP RR 2)4~3(? = )4~3( 2 ?? W= ~ W 9 選取 5? 、 20W 的金屬膜電阻。 S=, U2=125V Iem 取值：取 Iem=10。故選晶閘管的型號為 KP206。時整流電壓 0dU 與二次電壓 2U 之比，即A= 0dU / 2U ； B延遲角為?時輸出電壓 Ud 與 0dU 之比，即 B= dU / 0dU ； ε —— 電網(wǎng)波動系數(shù)； 1~—— 考慮各種 因數(shù)的安全系數(shù)； 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用公式： ? ?BAUU d?~12 ? (33) 由表查得 A=；取ε =；?角考慮 10176。 6 直流調(diào)速系統(tǒng)的框圖如圖 1 所示： 圖 1 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 3 主電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 整流變壓器的設(shè)計(jì) 二次側(cè)電壓 U2 的計(jì)算 2U 是一個重要的參數(shù)，選擇過低就會無法保證輸出額定電壓。 與帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)相比，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于 Idm 時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主調(diào)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差。綜上選晶閘管三相全控橋整流電路供電方案。因三相橋式全控整流電壓的脈動頻率比三相半波高，因而所需的平波電抗器的電感量可相應(yīng)減少約一半，這 是三相橋式整流電路的一大優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本此設(shè)計(jì)的技術(shù)要求和特點(diǎn)選 VM 系統(tǒng)。 電動機(jī)供電方案的選擇 變壓器調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)用的主要