【正文】 張老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、敏銳洞察力和永遠(yuǎn)開拓進(jìn)取不知疲倦的工作作風(fēng)，給我留下了深刻的印象。利用 MATLAB/SIMULINK 工具箱建立坐標(biāo)變換模塊，以及 效率優(yōu)化 等重要模塊，對這些模塊進(jìn)行整合，得到 感應(yīng) 電機(jī)控制的仿真模型 。在整個搜索控制過程中，電機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變，定子磁鏈波動較大。假設(shè)整個搜索過程預(yù)計在時間 T 完成，搜索的每一步所用時間為 stepT ，那么磁鏈遞減的步長應(yīng)該是 TTstep)1( min?? 。 [10] （ 1）電壓的變化為： 1013221322adbqcuuuuu???????? ???????? ???? ???????????? () （ 2）電流 的變化為： 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 1013221322adbqciiiii???????? ???????? ???? ???????????? () 定子磁鏈仿真模型 定子磁鏈觀測器模型使 )( 1uuSD 用 UI 模型，即用定子電壓和電流來確定定子磁鏈 ， Du ， Qu 和 Di ， Qi 分別是定子在靜止兩相坐標(biāo)系下的電壓和電流幅值。 (7) 附加電氣系統(tǒng)模塊庫 :包括均方根測算、有功與無功功率測算、傅立葉分析、可編程定時器、同步脈沖發(fā)生器亥及三相庫等。 SJMULINK 仿真工具箱還包括了專門用于電力電子、電氣傳動學(xué)科進(jìn)行仿真的電氣系統(tǒng)模塊庫 (PowerSysteeBlockset)。其功能非常的強(qiáng)大，包括電源（ Electrical sources）、元件（ Elements）、電力電子（ Power Electronics）、電機(jī)系統(tǒng)（ Machines）、連接器（ Connectors）、電力電子系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)、電力傳輸?shù)阮I(lǐng)域的仿真，提供一種類似電路搭建的方 法用于系統(tǒng)模型的繪制。仿真軟件的迅速發(fā)展，使得各個學(xué)科的研究工作者從大量、繁瑣的數(shù)學(xué)計算中解脫出來，減輕了計算的工作量，縮短了開發(fā)時間，同時極大地改善了仿真的精度和效果。 它對函數(shù)除“單谷”外不作其它要求，甚至可以不連續(xù)。 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 圖 32（ c）為梯度法原理圖 終止條如下： ||???? （ a） 確定搜索方向，從額定磁鏈開始按步長 ? 減小，若 21k 0 且 32k 0,則按照磁鏈減小的方向繼續(xù)搜索；若 21k 0 且 32k 0，則按照磁鏈增大的方向搜索；若 21 32 0kk? 則轉(zhuǎn)（ b）。電機(jī)的輸入功率可以表示為 [i2]： sqsqsdsd iuiuP ?? () 檢 測 當(dāng) 前 輸 入 功 率 為 P 1檢 測 當(dāng) 前 輸 入 功 率 為 P 2開 始P 1 P 2Wbs * ??*1 s?? ?TT s t e ps )1( m i n1* ??? ???1* ?? ?s21 PP ? 圖 31 單調(diào)遞減搜索法流程圖 單調(diào)遞減搜索法是將給定定子磁鏈 *s? 逐步減小，相應(yīng)的檢測異步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的輸入功率，當(dāng)輸入功率呈現(xiàn)上升趨勢的時候，停止磁鏈遞減，并將上一步的磁鏈值作為最終的磁鏈。圖中 電壓源逆變器能提供 8 個開關(guān)電壓矢量 ， 將定子磁鏈實際值與給定值比較后的差值輸入磁鏈滯環(huán)比較器，同時將轉(zhuǎn)矩實際值與給定值比較后的差值輸入轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器，根據(jù)兩個滯環(huán)比較器的輸出，通過查表，可以選擇到合適的開關(guān)電壓矢量。 若 ||e erefTT? ，則輸出為 0， T? 取 0。于是可根據(jù)磁鏈和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器的輸出信號來合理選擇其中的開關(guān)電壓矢量。 第二章 直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理 10 圖 22（ c） 圓形軌跡 與矢量控制中對定子電流的滯環(huán)控制一樣需要始終將 s? 的幅值控制在滯環(huán)的上下帶寬內(nèi)，滯環(huán)的總帶寬為 2| |s?? ，其上限值為 | | | |sref s???? ，下限值為 | | | |sref s???? 。顯然，每相繞組的磁鏈值不會是時間的正弦函數(shù)。 若 ||s? 和 ||r? 保持不變則由式（ ）可得： | || | c o semn s r srsr srd t LPd LL ? ? ?? ? ? 通常，在穩(wěn)態(tài)情況下， sr? 的值較小，顯然 sr? 對電磁轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)和控制作用是明顯的。 （ 4） 鐵心渦流、飽和及磁滯損耗忽略不計。 （ 2） 介紹感應(yīng)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù) 及 數(shù)學(xué)模型以便于更好的了解其性能為下一章作準(zhǔn)備。搜索過程完全按照混沌運動自身的規(guī)律進(jìn)行，更容易跳出局部最優(yōu)點。 Abrahamsent 等研究了適用于矢量控制和開環(huán)標(biāo)量控制的效率優(yōu)化策略 。但輕載時，尤其是負(fù)載率低于 20% 的情況下，由于有功電流很小，而無功電流不變、勵磁損耗不變，因此，電機(jī)效率明顯下降，甚至?xí)抵?20%以下。據(jù)資料統(tǒng)計，三相感應(yīng)電機(jī)拖動著 90%以上以電為能源的運動機(jī)械。磁通水平的降低不可避免地帶來轉(zhuǎn)矩輸出能力的減弱，進(jìn)而使矢量控制的響應(yīng)速度大打折扣，必須采取一定措施改善其動態(tài)性能。 direct torque control。目前在線搜索的方法分為三類。一混合在線式直流最小功率模糊搜索效率優(yōu)化控制算法（ FLSC） ,二黃金分割法，三梯度法。 search control。目前已有的效率優(yōu)化及快速動態(tài)響應(yīng)算法的文獻(xiàn)中，對感應(yīng) 電機(jī)運行于恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，即基頻以下的情形分析較多，一般在穩(wěn)態(tài)時利用優(yōu)化算法提高效率，進(jìn)入動態(tài)過程即退出優(yōu)化，采取某種方法實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的快速提升以改善動態(tài)響應(yīng)的速度。因此，研究電動機(jī)特別是感應(yīng)電機(jī)的節(jié)能措施，提高其運行效率，對節(jié)約能源有著重要的現(xiàn)實意義。在這些情況下，不可能通過改進(jìn)波形與電機(jī)的設(shè)計來優(yōu)化效率。 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，但需要電機(jī)模型和參數(shù)的信息，因此建立一個可靠、正確的損耗模型對于系統(tǒng)的優(yōu)化性能是至關(guān)重要的，由于溫度和飽和效應(yīng)的影響，電機(jī)模型的參數(shù)在不同工況下變化明顯，特別是 PWM 變頻驅(qū)動的感應(yīng)電機(jī)是在非正弦波電壓供電下運行。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。 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。 在滿足上述理想電機(jī)假設(shè)條件下，經(jīng)推導(dǎo)可得 感應(yīng) 電機(jī)在靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。 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(jī)直接轉(zhuǎn)矩。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。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。對于其它區(qū)間可做出同樣的合理選擇。 同定子磁鏈?zhǔn)噶靠刂撇煌氖?，電磁轉(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。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。其流程圖如圖 所示。 （ 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）。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。 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。 [24] 具體到永磁同步電機(jī)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(jī)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。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。 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。D?和Q?為靜止兩相坐標(biāo)系下對應(yīng)的定子磁通分量 ? ?? dtiRuDsDD )(?，? ?? 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。 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(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) ， 電機(jī)的參數(shù)：額定功率 ，電機(jī)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 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。 仿真結(jié)果和實際理論推導(dǎo)的結(jié)果相一致。 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。南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 參考文獻(xiàn) [1] 崔納新，張承慧 . 變頻調(diào)速異步電動機(jī)效率優(yōu)化控制的研究進(jìn)展 [J]. 電工技術(shù)學(xué)報，20xx， 19(5): 3642. 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