【正文】 通過(guò)這幾個(gè)月來(lái)的學(xué) 習(xí)與撰寫我學(xué)到了很多專業(yè)的知識(shí)，把自己的知識(shí)有了一個(gè)串連。大學(xué)期間的生活是多姿多彩的，有甘甜，也有苦澀。直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能良好，應(yīng)用范圍較大，具有很大的實(shí)用價(jià)值。轉(zhuǎn)子電阻為 。Sb=KSb(KUs) 。0] 。 =3 。 張偉：直接轉(zhuǎn)矩控 制的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 28 +S i n g l e +S i n g l e +S i n g l e 1 12 23 3VAVBVCABC 圖 47 逆變器開關(guān)狀態(tài)選擇模塊 fuion[sys， x0， str， ts]=lookuptablel(t， x， u， flag) switeh flag case 0， [sys， x0， str， ts]=mdllnitializesizes 。 if faial=0 Sal=O。 =2。 定子磁鏈與轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器的模塊 磁鏈模塊的輸入是電機(jī)的定子電壓、電流和定子電阻， 輸出是電子磁通和電磁轉(zhuǎn)矩，其仿真模塊的建立是根據(jù)第二章定子磁鏈電壓模型。 sys(1)=(Rs*Lr*a*x(1)+Lm*Lm*u(3)*x(2)+Rr*Lm*a*x(3)+Lr*Lm*u(3)*x(4)+Lr*u(1))/2 sys(2)=(Lm*Lm*u(3)*x(1)Rs*Lr*a*x(2)Lr*Lm*u(3)*x(3)+Rr*Lm*a*x(4)+Lr*u(2))/2。 sys=simsizes (sizes)。Unhandled flag=39。這種方法使得用戶可以深入的立即模型的組織結(jié)構(gòu)和各部分是如何相互作用的。允許用戶編寫可以和MATLAB 進(jìn)行交互的 C 或 C++語(yǔ)言程序。一般來(lái)說(shuō)，它們都是由特定領(lǐng)域的專家開發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學(xué)習(xí)、應(yīng)用和評(píng)估不同的方法而不需要自己編寫代碼。各領(lǐng)域的科技人員在此基礎(chǔ)上，根據(jù)專業(yè)的知識(shí)編寫出許多有用的工具箱為自己的專業(yè)服務(wù)。 MATLAB 的程序與科技人員的書寫習(xí)慣相近，因此，它易讀易寫，易于科技人員的交流。 張偉：直接轉(zhuǎn)矩控 制的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 20 本章小結(jié) 本章介紹了直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成。 四 .用功率調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)節(jié)。其次，弱磁范圍是工作在基速以上，全電壓工作，沒(méi)有零狀態(tài)電壓工作的時(shí)間，工作電壓在整個(gè)區(qū)段中起作用。 四 .磁鏈兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)。在低速調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，可以采用 0o 電壓矢量、 60o ―電壓矢量、 +60o 電壓矢量和 120o 電壓矢量協(xié)調(diào)控制。為此要求在控制方法上做相應(yīng)的考慮。 另一種是根據(jù)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的 PI 調(diào)節(jié)得到的參考的空間電壓矢量的兩個(gè)分量，合成所需要的參考的空間電壓矢量。從 1t時(shí)刻考察到 2t 時(shí)刻，若此時(shí)給出的定子電壓空間矢量 ( ) (010)ssu t u? ，則定子磁鏈空間矢量由 1()st? 的位置旋轉(zhuǎn)到 2()sut 的位置。 空間電壓矢量對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩的影響 從前面的分析可知，轉(zhuǎn)矩對(duì)轉(zhuǎn)速起決定性的影響作用，轉(zhuǎn)矩控制性能的好壞直接關(guān)系到直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)特性能。因此， 磁鏈調(diào)節(jié)使得定子磁鏈空間矢量在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，其幅值始終在系統(tǒng)允許的波動(dòng)范圍之內(nèi)變化。 若 * 0eeTT??時(shí)，則 0TF ? ； 若 * 0eeT TT?? ? ? ?時(shí)，則 TF 保持不變 *eTe?? TFT?T??10 1? 圖 33 轉(zhuǎn)矩滯環(huán)調(diào)節(jié)器 空間電壓矢量對(duì)定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩的影響 空間電壓矢量對(duì)定子磁鏈的影響 與磁鏈運(yùn)動(dòng)軌跡成 60 度和 120 度的兩種空間電壓矢量的電壓狀態(tài)可以讓定子磁鏈的幅值增大，我們稱在這兩種電壓狀態(tài)的電壓為定子磁鏈電壓。為了控制轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器必須具備兩個(gè)功能 :(l)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器直接調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩 。滯環(huán)比較器如圖 32 所示。 (l)速度 PI 調(diào)節(jié)器單元 由圖 31 可知，給定轉(zhuǎn)矩 *eT 由給定轉(zhuǎn)速 *r? 和實(shí)際轉(zhuǎn)速 r? 。 (2)磁鏈調(diào)節(jié)器 :為了控制定子磁鏈在給定值的附近變化，直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)采用兩點(diǎn)式控制，輸出磁鏈控制信號(hào) 。 第 3章 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的組成 直接轉(zhuǎn)矩控制充分利用電壓型逆變器的開關(guān)特點(diǎn)，通過(guò)不斷變化電壓狀態(tài)使定子磁鏈軌跡為六邊形或近似圓形，并通過(guò)零電壓矢量的穿插調(diào)節(jié)來(lái)改變轉(zhuǎn)差頻率，以控制電安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 機(jī)的轉(zhuǎn)矩與磁鏈的變化，從而控制異步電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩按要求快速變化。 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 MEEV 1V 2V 3V 4V 5V 6U aU cbU 圖 22 電壓型逆變器原理圖 由于同一相上下橋臂的兩個(gè)開關(guān)器件一個(gè)導(dǎo)通，則另一個(gè)關(guān)斷，所以三組開關(guān)器件有八種可能的開關(guān)組合。 在滿足上述理想電 動(dòng)機(jī) 假設(shè)條件下，經(jīng)推導(dǎo)可得異步電 動(dòng)機(jī) 在靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難于準(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)過(guò)程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變化的復(fù)雜性，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理論分析的結(jié)果。這對(duì)直接轉(zhuǎn)矩控制提出了更高的要求，也說(shuō)明研究高性能的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)是非常必要的。 上述方法均是針對(duì)矢量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，采用的狀態(tài)變量是定子電流和轉(zhuǎn)子磁鏈。這種觀測(cè)方法能比較準(zhǔn)確地觀測(cè)電阻的變化，低速性能有了比較好的改善。為減少人為因素對(duì)系統(tǒng)性能的影響，有文章提出了將 各種先進(jìn)的智能控制理論應(yīng)用于直接轉(zhuǎn)矩控制的新方案，通過(guò)應(yīng)用各種智能控制理論如模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等來(lái)選擇開關(guān)狀態(tài)，異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真研究完全抵消了觸發(fā)器的容差影響，使性能改善更加明顯。對(duì)于研究直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的人們來(lái)說(shuō)了解直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀有助于他們更好的改進(jìn)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的性能，以便于用自己的研究更好服務(wù)社會(huì)。這種方法通過(guò)檢測(cè)電機(jī)的定子電壓、電流、轉(zhuǎn)速等可以直接檢測(cè)的量，采用狀態(tài)重構(gòu)的方法來(lái)觀測(cè)電 動(dòng)機(jī) 的磁鏈。這種方式控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于它是基于電 動(dòng)機(jī) 的穩(wěn)態(tài)方程實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)較差，還無(wú)法完全取代直流調(diào)速系統(tǒng)。 張偉：直接轉(zhuǎn)矩控 制的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 2 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠(chéng)信聲明 本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖表、資料均已作明確標(biāo)注，論文中的結(jié)論和成果為本人獨(dú)立完成，真實(shí)可靠，不包含他人成果及已獲得 或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書使用過(guò)的材料。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)。 論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日 指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第 1章 緒論 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r 在異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中變頻調(diào)速技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的調(diào)速技術(shù)，也是最有希望取代直流調(diào)速的調(diào)速方式。一般地，轉(zhuǎn)子磁鏈檢測(cè)可以采用直接法或間接法來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，直接轉(zhuǎn)矩控制理論一問(wèn)世便受到廣泛關(guān)注。有人提出 了 通過(guò)改進(jìn)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器和磁鏈調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，細(xì)化了轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的偏差區(qū)分，提高了系統(tǒng)的性能。在一些文獻(xiàn)里提到了一種基于模糊控制的定子電阻在線觀測(cè)器。 首次提出了理論意義上的轉(zhuǎn)速辯識(shí)方法 。正確選擇電壓空間矢量，可以形成六邊形定子磁鏈。 張偉：直接轉(zhuǎn)矩控 制的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 6 第 2章 直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理 自從 70 年代矢量控制技術(shù)發(fā)展以來(lái)，交流傳動(dòng)技術(shù)就從理論上解決了交流調(diào)速系統(tǒng)在靜、動(dòng)態(tài)性能上與直流傳動(dòng)相媲美的問(wèn)題。 (2)電 動(dòng)機(jī) 定、轉(zhuǎn)子表面光滑，無(wú)齒槽效應(yīng)。式 (213)表明，當(dāng)維持定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈的幅值都恒定不變時(shí)，只要改變它們兩者之間的夾角就可以改變轉(zhuǎn)矩，這實(shí)際上就是直接轉(zhuǎn)矩控制之所以簡(jiǎn)單的根本所在。 逆變器輸出電壓狀態(tài)的空間矢量的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： ( 2 )13 acba Es ssu ??? ( 2 )13 bacb Es ssu ??? 張偉：直接轉(zhuǎn)矩控 制的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 10 ( 2 )13 c a bc Es ssu ??? （ 212） 式 212 為逆變器的數(shù)學(xué)模型 把逆變器的輸出電壓用電壓空間矢量來(lái)表示，則逆變器的各種電壓狀態(tài)和次序就有了空間的概念。磁鏈和轉(zhuǎn)矩的給定和反饋信號(hào)送入轉(zhuǎn)矩和磁通比較器，其差值經(jīng)控制器輸出轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制信號(hào)。將給定轉(zhuǎn)矩 *eT 和T 送入轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器，得到轉(zhuǎn)矩控制信號(hào) tF ，磁鏈調(diào)節(jié)器根據(jù)給定子磁鏈幅值 *||s? 和轉(zhuǎn)子磁鏈幅值 ||s? 的差值輸出磁鏈控制信號(hào) F? 。 (2)磁鏈和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較單元 定子磁鏈計(jì)算采用較為簡(jiǎn)單的 UI 模型，磁鏈與定子電壓之間的關(guān)系為： ()ss Ss u i R dt? ??? （ 31） 由于定子電阻通常比較小，在分析時(shí)忽略釘子電阻壓降的影響，則有： ss u dt? ?? （ 32） 式 (32)表明單位時(shí)間內(nèi)的定子的電壓矢量實(shí)際上就是磁鏈?zhǔn)噶康脑隽?，定子電壓的大小和方向決定了磁鏈軌跡的運(yùn)行速度和方向。 0 ??????||s? *|| s?? F ? 圖 32 磁鏈滯環(huán)調(diào)節(jié)器 磁鏈位置檢測(cè)單元 : 為了檢測(cè)定子磁鏈的位置，將 ??? 坐標(biāo)系分為六個(gè)區(qū)域： ( 2 3 ) ( 2 1 )()66nnn??????? （ 34） 其中 N=1,2,3,4,5,6，每個(gè)區(qū)域占 3? 角度，定子磁鏈 s? 在第 n 區(qū)域，我們就稱其在n 區(qū)域。通過(guò)加載有效空間電壓矢量，改變空間電壓矢量，使空間電壓矢量的幅值更合理，定子磁鏈的轉(zhuǎn)速大于轉(zhuǎn)子磁鏈轉(zhuǎn)速的大小使磁通角增大，從而增加轉(zhuǎn)矩；加載零電壓矢量，控制定子磁鏈停止運(yùn)行使磁通角變小，從而使轉(zhuǎn)矩減小。同理，對(duì)于 B 點(diǎn)有 s ???? ?? ，磁鏈滯環(huán)比較器輸出信號(hào) F? =l，此時(shí)應(yīng)選擇電壓矢量使 ||s? 減小。 100110 101010 010011 1U2U3U4U5U6U1S2S3S4S5S6S?? 圖 34 圓形磁鏈運(yùn)動(dòng)軌跡調(diào)節(jié)過(guò)程示意圖 張偉：直接轉(zhuǎn)矩控 制的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 16 (n)s? ( 1 ) Ss n Tu ?( 1 )s nu ??? ? 圖 35 定子磁鏈與電壓矢量的關(guān)系示意圖 在定子電壓壓降比起 ()stu 足夠小的前提下，至此可以得到以下結(jié)論 : (l)當(dāng)前所施加的電壓矢量與當(dāng)前定子磁鏈?zhǔn)噶恐g的夾角 ? 的絕對(duì)值小于 90度的時(shí)候，作用的結(jié)果使磁鏈幅值增加。轉(zhuǎn)子磁鏈的幅值由負(fù)載決定 。直接轉(zhuǎn)矩控制通過(guò)這樣的瞬態(tài)調(diào)節(jié)就能獲得高動(dòng)態(tài)性能的轉(zhuǎn)矩特性。下面就簡(jiǎn)單介紹幾種調(diào)節(jié)方案，他們分別是低速調(diào)節(jié)方案、高速調(diào)節(jié)方案、低磁范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)方案。 五 .調(diào)節(jié)每個(gè)區(qū)段的磁鏈量。電動(dòng)機(jī)模型主要工作在 UI 模型下，且有模型電流和實(shí)際電流相比較的電流調(diào)節(jié)器來(lái)補(bǔ)償校正。由于這個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速較高，因此定子電阻壓降的影響可以忽略，定子磁鏈的畸變也可忽略，六邊形磁鏈能得到很好的保持， 因此磁鏈調(diào)節(jié)只是起輔助作用。弱磁范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)方案有如下特點(diǎn) . 一 .用電動(dòng)機(jī)模型測(cè)量、計(jì)算磁鏈和轉(zhuǎn)矩。通過(guò)磁鏈給定值的調(diào)節(jié)變化，一方面實(shí)現(xiàn)對(duì)平均轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，另一方面實(shí)現(xiàn)弱磁升速的恒功率調(diào)節(jié)。 現(xiàn)在 MATLAB 軟件不但廣泛的應(yīng)用于控制領(lǐng)域，也應(yīng)用與其他的工程領(lǐng)域和 非工程領(lǐng)域。 選擇算法；數(shù)值積分時(shí)自動(dòng)按精度選擇步長(zhǎng)，自動(dòng)檢測(cè)和顯示程序錯(cuò)誤的能力強(qiáng)，易于調(diào)試。 （ 2）友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境 MATLAB 由一系列工具組成。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動(dòng)畫和表達(dá)式作圖。 Simulink 采用可視化組態(tài)技術(shù)建模，具有直觀、方便的優(yōu)點(diǎn)。 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 case 3 sys=mdloutputs(t,x,u,Rs,R