【正文】 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 Subsystem7 表示定子磁鏈所在扇區(qū)判別模塊；； Subsystem8 和 Subsyste9 表示電壓開關(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。模塊輸入為定子電壓的兩個(gè)分 量 sau ， su? ，輸出為定子電流的兩個(gè)分量 sai 、 si? ，電磁轉(zhuǎn)矩 eT 和轉(zhuǎn)速 ? 。此模塊己在本章第 3 節(jié)做了詳細(xì)介紹，此處不再贅述。 s?? s? , SH?=1 （ 225） s?? s? ? , SH?=0 （ 226） 模塊框圖如圖 237 所示 ： 圖 237 定子磁鏈控制器模塊框圖 參數(shù)設(shè)置如下： Switch on point： Switch off point： Output when on： 1 Output when off： 0 (4)電磁轉(zhuǎn)矩控制器模塊 電磁轉(zhuǎn)矩控制器模塊采用雙電平模式，根據(jù) Matlab 模塊建立。三者之間的關(guān)系見下表： 表 24 定子磁鏈所在扇區(qū)判別表 sa? s?? S 0sa? ? 22sss??????? ? ? 1 2ss? ???? 2 2ss? ????? 6 0sa? ? 22sss??????? ? ? 4 2ss? ???? 3 2ss? ????? 5 模塊輸入為定子磁鏈的兩個(gè)分量 sa? 、 s?? ，輸出 為定子磁鏈所在扇區(qū) S。 表 25 電壓開關(guān)矢量表 sH? eTH (1)S (2)S (3)S (4)S (5)S (6)S 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 3 1 5 6 4 1 0 0 0 0 0 0 0 1 6 2 3 1 4 5 模塊輸入為定子磁鏈控制器模塊的輸出SH?、轉(zhuǎn)矩控制器模塊的輸出eTH定子磁鏈所在扇區(qū)判別模塊的輸出 S，輸出為電壓開關(guān)矢量的二進(jìn)制表示。f u u u? ? ? ? LookUp Table(2D) 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 Row index input values： [1， 2， 3， 4]； Column index input values： [1， 2， 3， 4]； Matrix of output values： [0 ， 0， 0， 0， 0， 0； 2， 3， 1， 5， 4， 0， 0， 0， 0， 0， 0；6， 2， 3， 1， 4， 5] (7)三相逆變器模塊 三相逆變器模塊根據(jù)三相逆變器供電的工作原理建立，其基本方程式如 下： 1 ( 2 )3a a b c dcu S S S V? ? ? (232) 1 ( 2 )3b b a c dcu S S S V? ? ? (233) 1 ( 2 )3c c a b dcu S S S V? ? ? (234) 其中， au , bu , cu 為三相交流電壓， dcV 為直流電壓， aS 、 bS 、 cS 表示三相橋臂所接電平的高低，高電平為 1，低電平為 0，共同構(gòu)成電壓開關(guān)矢量的二進(jìn)制表示。 模塊框圖如圖 243 所示： 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 圖 243 三相 兩相變換模塊框圖 至此，異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控 制系統(tǒng)仿真模型所需要的獨(dú)立模塊已經(jīng)搭建完畢，利用 Matlab 的封裝技術(shù)，可以把上述 8 個(gè)模整合，得到完整的異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真模型。 0～ 為電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程， 以后，進(jìn)入直接轉(zhuǎn)矩控制方式，給定定子磁值為，定子磁鏈滯環(huán)比較器帶寬為 ～ 。 ～ ，給定電磁轉(zhuǎn)矩幅值為 10 N 圖 245 所示仿真結(jié)果表明， ～ ，電磁轉(zhuǎn)矩被控制在 18 N m～ 12N 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 總結(jié)與展望 此設(shè)計(jì)首先分析了異步電動(dòng)機(jī)在兩相任意速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系、兩相靜止坐標(biāo)系和兩相同步坐標(biāo)系三種不同坐標(biāo)系下的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，并就異步電動(dòng)機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型在 Matlab 仿真環(huán)境下進(jìn)行了仿真后分析了異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理，介紹了異步電動(dòng)機(jī)定子磁鏈估計(jì)的電壓 電流模型、電流 轉(zhuǎn)速模型和電壓 轉(zhuǎn)速模型 3 種基本模型，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了定子磁鏈估計(jì)的加權(quán)模型，并就上述 4 種模型在 Matlab 仿真環(huán)境下進(jìn)行了仿真驗(yàn)證；分析了電壓 空間矢量對(duì)定子磁鏈幅值和電磁轉(zhuǎn)矩的影響，在分析對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩影響時(shí)，考慮了定子磁鏈幅值的變化；最后就異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)在 Matlab 仿真環(huán)境下進(jìn)證。本文通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制中定子磁鏈估計(jì)的三種基本模型的分析，設(shè)計(jì)了一種新的定子磁鏈估計(jì)的加權(quán)模型，來(lái)代替基本模型中的電壓 轉(zhuǎn)速模型，從而改善了電壓 轉(zhuǎn)速模型中電壓 電流模型和電流 轉(zhuǎn)速模型之間的平滑切換問題。感謝我的論文指導(dǎo)老師 — 張亞蘭老師，本課題在選題及研究 過(guò)程中得到了張老師的悉心指導(dǎo)。在此，我要向諸位老師深深地鞠上一躬。盡我所知，除文中已經(jīng)特別注明引用的內(nèi)容和。 感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無(wú)以回報(bào)，你們永遠(yuǎn)健康快樂是我最大的心愿。張 老師一絲不茍的作風(fēng)， 嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不僅授我以文，而且教我做人，對(duì)張 老師的感激之情是無(wú)法用言語(yǔ)表達(dá)的。如何把已有的解決方案運(yùn)用到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制的簡(jiǎn)單化、經(jīng)濟(jì)化和最優(yōu)化，將是一個(gè)更為艱巨的任務(wù)。 在傳統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制中，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)過(guò)大、逆變器開關(guān)頻率不恒定、電機(jī)全速運(yùn)行范圍內(nèi)定子磁鏈的準(zhǔn)確估計(jì)等問題，在很大程度上限制了直接轉(zhuǎn)矩控制在交流調(diào)速運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用。圖 247 所示仿真結(jié)果表明，電機(jī)啟動(dòng)以后上升到額定轉(zhuǎn)速 1480 /minr ， 以后下降到 1170 /minr ， 以后又到 1290 /minr 。 m之間。 m～ 2N ～ ，給定電磁轉(zhuǎn)矩幅值為 20N仿真所用到的電機(jī)參數(shù)如下： 額定電 u=500v,頻率 f=50Hz,額定轉(zhuǎn)速 v= 1480 / minr , R 4. 25s ??定 子 電 阻 ，轉(zhuǎn)子電阻 R ??,定子電感 ? , ?轉(zhuǎn) 子 電 感 ,定、轉(zhuǎn)子之間的互感 ?轉(zhuǎn) 子 電 感 ,極對(duì)數(shù) 2Pn? , N m??轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 ,仿真時(shí)間t=2s. 仿真結(jié)果如圖 244， 圖 245， 圖 246， 圖 247 所示。 模塊框圖如圖 242 所示 ： 圖 242 三相逆變器模塊框圖 (8)三相 兩相變換模塊 三相 兩相變換模塊根據(jù)三相 兩相變換的基本方程式建立 。 圖 241 電壓開關(guān)矢量選擇模塊框圖 a 圖 241 電壓開關(guān)矢量選擇模塊框圖 b 模塊框圖 的第一部分的輸出是電壓開關(guān)矢量的十進(jìn)制表示，第二部分通過(guò)十進(jìn)制 二進(jìn)制轉(zhuǎn)換，得到電壓開關(guān)矢量的二進(jìn)制表示。 圖 239 定子磁鏈所在扇區(qū)判別模塊框圖 1 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 239 定子磁鏈所在扇區(qū)判別模塊框圖 2 該模塊通過(guò)邏輯值 1(二進(jìn)制 )邏輯值 2(二進(jìn)制 )真實(shí)值 (十進(jìn)制 )之間的轉(zhuǎn)換，最后得出定子磁鏈所在的扇區(qū)。 模塊輸入為給定電磁轉(zhuǎn)矩幅值 eT? 和實(shí)際電磁轉(zhuǎn)矩幅值 eT ，輸出為eTH eT? eT 2, eTH =1。當(dāng)給定磁鏈大于實(shí)際磁鏈時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)碾妷菏噶恳栽龃蟠沛?；?dāng)給定 磁鏈小于實(shí)際磁鏈時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)碾妷菏噶恳詼p小磁鏈。 (2)定子磁鏈估計(jì)模塊 定子磁鏈估計(jì)模塊采用 ui模型。下面逐一介紹每一模塊仿真模型的建立。模型的基本方程式是 ui 模型和 in 模型基本方程式的綜合。這種方法受轉(zhuǎn)子電阻、漏電感和定子電感變化的影響，觀測(cè)方法的魯棒性 較低。這種模型最簡(jiǎn)單，在計(jì)算過(guò)程中所唯一需要知道的電機(jī)參數(shù)是易于確定的定子電阻。 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 以上詳細(xì)討論了在三相靜止坐標(biāo)系下異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩 控制的基本原理，因?yàn)?三相 兩相變換不改變轉(zhuǎn)矩的計(jì)算方法和控制方法，所以在兩相靜止坐標(biāo)系下同樣適用。但是由于存在一定的定子電阻壓降，轉(zhuǎn)矩和磁鏈在電機(jī) 終端短路時(shí)會(huì)略有減小。 表 21 逆變器電壓矢量開關(guān)表 sH? eTH (1)S (2)S (3)S (4)S (5)S (6)S 1 1 2V 3V 4V 5V 6V 1V 0 7V 0V 7V 0V 7V 0V 1 6V 0V 2V 3V 4V 5V 1 1 3V 4V 5V 6V 1V 2V 0 0V 7V 0V 7V 0V 7V 1 5V 6V 0V 2V 3V 4V 表 22 歸納了圖 215 中各個(gè)電壓矢量 作用下，定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩變化量大小和方向。 圖 215 表示了逆變器的 8 個(gè)電壓矢量 (6 個(gè)非零電壓矢量和 2 個(gè)零矢量 )和典型的 S? 矢量。圖 211 中的信號(hào)計(jì)算模塊根據(jù)電機(jī)端電壓和電流信號(hào)計(jì)算出磁鏈和轉(zhuǎn)矩反饋信號(hào)，還計(jì)算出定子磁鏈?zhǔn)噶?s? 所在的扇區(qū) S(k)。整個(gè)控制系統(tǒng)框圖如 圖 211所示 ： 三 相 交 流 電 源P W M逆 變 器電 壓矢 量 表異 步電 動(dòng) 機(jī)信 號(hào) 計(jì) 算磁 鏈 滯 環(huán)控 制 器轉(zhuǎn) 矩 滯 環(huán)控 制 器++ψ s *ψ sT e *T eE ψ sE T eH ψ sH T eS ( k )T eψ sω 圖 211 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)框圖 磁鏈滯環(huán)控制器為兩電平輸出，原理圖如圖 212 所示 ： 102 H B ψ 圖 212 磁鏈滯環(huán)控制器 數(shù)學(xué) 表達(dá)式如下： SSE H = 1E H = 1sSHBHB? ? ?? ? ?????????? ? ???， （ 214） 式中， 2HB? 為磁鏈控制器的總滯環(huán)帶寬。其控制原理如下： 首先，在三相靜止坐標(biāo)系下，將電磁轉(zhuǎn)矩表示為電動(dòng)機(jī)定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈的函數(shù)： 213 s i n , 1 c o s2 mme p S rS R S rLLTn L L L L? ? ? ? ?? ?? ? ?其 中 （ 213） 式中 S? , r? —— 定子磁鏈、轉(zhuǎn)子磁鏈 SL , rL , mL —— 定子電感、轉(zhuǎn)子電感、定子轉(zhuǎn)子 之間的互感 pn —— 電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù) eT —— 電磁轉(zhuǎn)矩 ? —— 轉(zhuǎn)矩角，即定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈之 間的夾角 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 在電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中，保持定子磁鏈幅值為額定值，以便充分利用電動(dòng)機(jī)鐵心；轉(zhuǎn)子磁鏈幅值由負(fù)載決定。 m 時(shí)，電機(jī)只能達(dá)到轉(zhuǎn)速 1438 /minr ，電磁轉(zhuǎn)矩在 以后穩(wěn)定為 10n分別對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為零和負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 10n ? m 兩種情形對(duì)恒電壓 作用下電機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果如圖 27，圖 28，圖 29，圖 210 所示。 兩相靜止坐標(biāo)系下的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的仿真 本文針對(duì)異步電動(dòng)機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了仿真驗(yàn)證Matlab 仿真環(huán)境下 模塊化的方法。 39。squ ， 39。rqi —— d’q’ 坐標(biāo)系下定子電流與轉(zhuǎn)子電流的兩個(gè)分量； mL —— 定子與轉(zhuǎn)子同軸等效繞組間的互感； SL —— 定子等效兩相繞組的自感； rL —— 轉(zhuǎn)子等效兩相繞組的自感； （ 2） 電壓方程 39。rq? —— d’q’ 坐標(biāo)系下定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈的兩個(gè)分量； 39。00000000s d s dSms q s qSmr d r dmrr q r qmriLLiLLiLLiLL????? ? ? ???? ? ? ???? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ???? ? ? ? (29) 式