【正文】 隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步在研究直接轉(zhuǎn)矩控制的時(shí)間加入現(xiàn)代的最新科技是提升生產(chǎn)力的必然選擇。 圖 48 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的磁鏈軌跡 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 圖 49 轉(zhuǎn)矩響應(yīng)波形 圖 410直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的三相定子電流波形 圖 411直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的定子電壓波形 直接轉(zhuǎn)矩控 制的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 30 圖 412電 動(dòng) 機(jī)相電壓波形 通過圖可以看出，采用直接轉(zhuǎn)矩控制時(shí)，電機(jī)運(yùn) 行平穩(wěn)，輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，電機(jī)啟動(dòng)快 ， 系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)都比較快。 sys(3)=Sc 。 直接轉(zhuǎn)矩控 制的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 28 ts=[一 10] 。0 。 end fuion[sys， x0， str， ts〕 =mdllnitializesizes 5IZeS=SlmSIZeS。 end sys(l)=4*Sal+2*Sbl+Sel。 xo=[]。 磁鏈幅值計(jì)算與區(qū)域判定可用 S 函數(shù)實(shí)現(xiàn)如下 : Function[sys,x0,str,ts]=sector(t,x,u,flag) 直接轉(zhuǎn)矩控 制的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 26 Switch flag Case 0, [sys,x0,str,ts] =mdllnitializesize Case 3, Sys=mdloutputs(u) 。 sys(2)=u(2)。 0]。 = 0 = 5。 case 1 sys=mdlDerivatives(t,x,u,Rs,Rr,Ls,Lr,Lm)。它支持連續(xù)、離散及混合系統(tǒng)的仿真，也支持具有多種采用速率的系統(tǒng)仿真。 （ 5）出色的圖形處理功能 MATLAB 自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來，并且可以對圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序（ M 文件）后再一起運(yùn)行。能繪制三維曲線和曲面，如果數(shù)據(jù)齊全，通常只需要一條命令即可繪出圖形。 MATLAB的兩個(gè)顯著的特點(diǎn)，即強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算能力 和完美的圖形可視化功能，使得它成為國際控制界應(yīng)用最廣泛的首選計(jì)算機(jī)工具。功率調(diào)節(jié)器的輸出作為磁鏈給定值，以控制磁鏈自控制單元。轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)頻率就 是六邊形磁鏈軌跡形成的六倍定子頻率。轉(zhuǎn)矩兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)控制轉(zhuǎn)矩。高速范圍的調(diào)節(jié)方案有以下幾個(gè)特點(diǎn) : 一 .用電動(dòng)機(jī)模型檢測計(jì)算電動(dòng)機(jī)磁鏈和轉(zhuǎn)矩。 四 .用符號比較器確定區(qū)段。 雖然在現(xiàn)實(shí)工業(yè)生產(chǎn)中我們對異步電動(dòng)機(jī)在中速（正常的運(yùn)行速度）的研究投入了巨大的精力，但其他情況的研究也要投入我們的研究。因此，通過合理控制電壓空間矢量的工作狀態(tài)和零狀態(tài)的交替出現(xiàn)，就能控制定子磁鏈空間矢量的平均速度的大小。 在實(shí)際運(yùn)行中，保持定子磁鏈幅值為額定值，以充分利用電動(dòng)機(jī)鐵心 。因此直接轉(zhuǎn)矩控制就是讓工作電壓矢量和零電壓矢量交替作用，這樣就可以控制定子磁鏈走走停停，實(shí)現(xiàn)了對磁鏈的相位和幅值的控制。如果需要 s? 作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，可選擇電壓矢量 2U ?？梢酝ㄟ^改變磁通角 ()t? 的大小來改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小。當(dāng) || s ????? 時(shí)， F? 不變，此時(shí)電壓矢量不變。而公式中的字母所代表的參數(shù)通常根據(jù)控制系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行整定。將測量得到實(shí)際轉(zhuǎn)速和給定轉(zhuǎn)速輸入到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器根據(jù)給定轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值輸出給定轉(zhuǎn)矩 *eT 。另一方面系統(tǒng)檢測三相定子電流和電壓，經(jīng)坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)化到靜止坐標(biāo)系，由此計(jì)算電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 eT 、磁鏈幅值 e? 和磁鏈所在的扇區(qū) N。這七種不同的電壓狀態(tài)也分成兩類：一類是六種工作電壓狀態(tài)，它對應(yīng)于開關(guān)狀態(tài) ―1‖至 ―6‖，分別稱為逆變器的電壓狀態(tài) ―1‖至 ―6‖；另一類是零電壓狀態(tài)，它對應(yīng)于零開關(guān)狀態(tài) ―0‖和 ―7‖，由于對外來說，輸出的電壓都為零，因此統(tǒng)稱為逆變器的零電壓狀態(tài)。 在實(shí)際運(yùn)行中，保持定子磁鏈的幅值為額定值，以便充分利用電機(jī)，而轉(zhuǎn)子磁鏈幅值由負(fù)載決定。在討論交流異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型前假設(shè)電機(jī)有如下特性 : (l)電 動(dòng)機(jī) 三相定、轉(zhuǎn)子繞組完全對稱。 本章小結(jié) 本章介紹了交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，闡述了直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，并介紹了直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的發(fā)展。通過轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器來控制電壓空間矢量的工作狀態(tài)和零狀態(tài)的交替出現(xiàn)，就能控制定子磁鏈空間矢量的平均角速度的大小，從而控制轉(zhuǎn)矩。 等人首次報(bào)道了無速度傳感器矢量控制的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 。近來人們設(shè)計(jì)了多種定子電阻觀測器來解決這個(gè)問題。因?yàn)椴煌碾妷菏噶吭诓煌乃查g對轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的調(diào)節(jié)作用互不相同，所以，只有根據(jù)當(dāng)前轉(zhuǎn)矩和磁鏈的實(shí)時(shí)偏差合理地選擇電壓矢量，才有可能使轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的調(diào)節(jié)過程達(dá)到比較理想的狀態(tài)。這種方法結(jié)構(gòu)簡單，在很大程度上克服了矢量控制中由于坐標(biāo)變換引起的計(jì)算量大、控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜、系統(tǒng)性能受電 動(dòng)機(jī) 參數(shù)影響較大等缺點(diǎn)，系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能指標(biāo)都十分優(yōu)越，是一種很有發(fā)展前途的交流調(diào)速方案。無論采用哪種方式，轉(zhuǎn)子磁鏈的準(zhǔn)確檢測是實(shí)現(xiàn)矢量控制的關(guān)鍵，直接關(guān)系到矢量控制系統(tǒng)性能的好壞。其中應(yīng)用直接轉(zhuǎn)矩控 制技術(shù)是一種高性能的控制調(diào)速技術(shù)，直接轉(zhuǎn)矩控制對交流傳動(dòng)來說是一種最優(yōu)的電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)，它可以對所有交流電動(dòng)機(jī)的核心變量進(jìn)行直接控制。 在 交流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù) 中 調(diào)壓調(diào)頻控制、矢量控制以及直接轉(zhuǎn)矩控制（ Direct Torque Control 簡稱 DTC） 具有代表性 。 矢量控制主要有兩種方式 :磁場定向矢量控制和轉(zhuǎn)差頻率矢量控制。 1985 年，德國魯爾大學(xué)的 DePenbrock 教授提出了一種新型交流調(diào)速理論一一直接轉(zhuǎn)矩控制。 (l)磁鏈調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器的細(xì)化改進(jìn) 傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制一般對轉(zhuǎn)矩和磁鏈采用單滯環(huán)控制，根據(jù)各滯環(huán)的輸出結(jié)果來確定當(dāng)前的電壓矢量。 (4)低速性能的改善 傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，低速時(shí)定子磁鏈的觀測受定子電阻影響較大，因此如何準(zhǔn)確地檢測定子電阻的實(shí)時(shí)變化，一直是改善系統(tǒng)低速性能的首要問題。采用無速度傳感器技 術(shù)是當(dāng)今交流傳動(dòng)發(fā)展的趨勢。 問題的提出與解決問題的途徑 在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中電路模型采用的是空間矢量等效電路模型，并且利 用矢量變換將三個(gè)電壓標(biāo)量三維變換為一個(gè)電壓矢量二維，這樣可得到七個(gè)電壓狀態(tài)。對于轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)采用三值調(diào)節(jié)器，可以控制定子磁鏈正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或靜不動(dòng)，從而控制轉(zhuǎn)矩，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的快速調(diào)節(jié)。 異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型 交流異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型相當(dāng)復(fù)雜，它是一個(gè) 高階，非線性，強(qiáng)禍合的多變量系統(tǒng)，坐標(biāo)變換的目的就是要簡化數(shù)學(xué)模型。 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 10s s mrrSSssrmr rRrrrSSR R LL L L LdRLd RjL L LU???? ??????????? ?????? ???????? ???? ???? ???????? （ 25） 其 中 電 機(jī) 漏 感 系 數(shù) 21 mrSLLL? ?? （ 26） 電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以表示為定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈的形式 : | | | |33 s i n22mme s r s rs r s rPPLLT L L L L? ? ? ? ???? ? ? （ 27） 此外電磁轉(zhuǎn)矩還可以表示成定子磁鏈和定子電流形式： ()32e ssssPT i i???????? （ 28） 運(yùn)動(dòng)方程： ( / )erL nJT T d dtP ??? （ 29） 式 27 中， ? 為定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈之間的夾角，即磁通角。對于逆變器的八種開關(guān)狀態(tài)，對外部負(fù)載來說，逆變器輸出七種不同的電壓狀態(tài)。速度給定 *r? 與電機(jī)的速度觀測值 r? 進(jìn)行比較后經(jīng)過一個(gè) PI 調(diào)節(jié)器輸 出轉(zhuǎn)矩給定信號*eT 。 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)是建立在靜止定子坐標(biāo)系下的，首先異步電機(jī)定子相電壓、相電流的采樣值經(jīng) 3/2 坐標(biāo)變換，得到 ??? 坐標(biāo)下的分量，再按照異步電機(jī)的定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩模型計(jì)算出實(shí)際轉(zhuǎn)矩 eT 和定子磁鏈 s? 的兩個(gè)分量 s?? 、 s?? ，這樣就可以計(jì)算出定子磁鏈幅值 ||s? 和磁鏈位置 ||n? 。因此，通過速度調(diào)節(jié)器能獲得理想中的轉(zhuǎn)矩值，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。當(dāng) s ?????? 時(shí)直接轉(zhuǎn)矩控 制的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 12 0F?? ，此時(shí)選擇擇電壓矢量使得 ||s? 減小 。 ( ( ) ( ) ) ( ) ( ) ( ( ) , ( ) ) ( ) ( ) ()sin sint t t t t t t te m s s m s r s s m s r tT K K K? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ??（ 33） 在實(shí)際運(yùn)行中要確保要保證定子磁鏈?zhǔn)噶康姆禐槎ㄖ?，使電?dòng)機(jī)的鐵芯得到充分的利用；轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康姆?值由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的負(fù)載決定。綜合考慮轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器輸出，如果需要 s?作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，可選擇電壓矢量 34UU或 。施加零電壓矢量的時(shí)候，則定子磁鏈就會(huì)相應(yīng)的停止運(yùn)動(dòng)。 (2)當(dāng)施加落后于當(dāng)前定子磁通的電壓矢量，使得 0Teddt? 時(shí)，轉(zhuǎn)矩減小。 若從 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為零電壓空間矢量，則定子磁鏈空間矢量的位置 1()st? 保持靜止不動(dòng)，而轉(zhuǎn)子磁鏈空間矢量卻繼續(xù)以定子頻率的平均速度旋轉(zhuǎn)，從而磁通角將減小，轉(zhuǎn)矩因磁通角的減小變小。因?yàn)橹挥羞M(jìn)行必要的分析才能對異步電動(dòng)機(jī)在不同的速度下運(yùn)行存在的問題進(jìn)行有目的的改進(jìn)。 三 .轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器和磁鏈調(diào)節(jié)器的多功能的協(xié)調(diào)工作。這個(gè)范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)方案是典型的 DSR 控制的轉(zhuǎn)速范圍。磁鏈自控制環(huán)節(jié)給出正確的區(qū)段。二是電機(jī)轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，不是靠工作電壓和零狀態(tài)電壓交替工作從把轉(zhuǎn)矩限制在容差內(nèi)的方法，而是靠六邊形磁鏈給定值的動(dòng)態(tài)變化調(diào)節(jié)的方法。 在弱磁范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器的輸出由轉(zhuǎn)矩給定值變?yōu)楣β式o定值，借以控制功率調(diào)節(jié)器進(jìn)行弱磁范圍的功率調(diào)節(jié)。 MATLAB 環(huán)境是由美國 New Mexico 大學(xué)的 Clever Moler 于 1980 年開始開發(fā)的，1984 年由 Clever Moler 等人創(chuàng)立的 MathWorks 公司推出了第一各商業(yè)版本。 ，能繪制多種坐標(biāo)系的圖形。 直接轉(zhuǎn)矩控 制的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 20 MATLAB 特點(diǎn)及優(yōu)勢 MATLAB 特點(diǎn)： 此高級語言可用于技術(shù)計(jì)算 此開發(fā)環(huán)境可對代碼、文件和數(shù)據(jù)進(jìn)行管理 交互式工具可以按迭代的方式探查、設(shè)計(jì)及求解問題 數(shù)學(xué)函數(shù)可用于 線性代數(shù) 、統(tǒng)計(jì)、傅立葉分析、篩選、優(yōu)化以及數(shù)值積分等 二維和三維圖形函數(shù)可用于可視化數(shù)據(jù) 各種工具可用于構(gòu)建自定義的圖形用戶界面 各種函數(shù)可將基于 MATLAB 的算法與外部應(yīng)用程序和語言（如 C、 C++、 Fortran、Java、 COM 以及 Microsoft Excel）集成 不支持大寫輸入，內(nèi)核僅僅支持小寫 MATLAB 優(yōu)勢： （ 1）簡單易用的程序語言 MATLAB 是一個(gè)高級的矩陣 /陣列語言，它包含控 制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計(jì)算中的最新研究成果，而前經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯(cuò)處理。 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 動(dòng)態(tài)仿真工具 Simulink Simulink 是 MATLAB 的一個(gè)應(yīng)用工具箱，它用來對動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包。 [sys,x0,str,ts]=motor 1(t,x,u,flag,Rs,Rr,Ls,Lr,Lm) %輸入 :Uds, Uqs, Wr %輸出 :Uds, Ids, Uqs, IQs, Te %state variable: Ids, Iqs, Idr, Iqr %outputs: Uds, Uqs Switch flag, Case 0 [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes (Rs, Rr, Ls, Lr, Lm)。 = 4。0。 function sys=mdloutputs(t,x,u,Rs,Rr,Ls,Lr,Lm) sys(1)=u(1)。磁鏈當(dāng)前所在扇區(qū)判定選用 simulink 的 s 一 Fuion 來實(shí)現(xiàn)。 sys=simsizes(sizes)。 else Scl=l。 otherwise error([’Unhandledflag=’， numZstr(flag)]) 。 sys=[0 。 str=[] 。