【正文】 提高系統(tǒng)的動靜態(tài)性能。 另外，特別要感謝我的父母和朋友們，感謝他們多年來對我學(xué)習(xí)和生活上的默默支持與鼓勵，使我能夠?qū)Ｐ耐瓿蓪W(xué)業(yè)。本文研究了傳統(tǒng)的三種定子磁鏈觀測模型的優(yōu)缺點，前面通過增加低通濾波器來提高觀測器的精度，但濾波器會引入新的幅值和相位誤差?；诳臻g矢量脈寬調(diào)制技術(shù)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)定子磁鏈軌跡更接近于圓形，定子磁鏈和定子電流畸變小，轉(zhuǎn)矩脈動得到有效抑制。 ，其中定轉(zhuǎn)速80r/min。Simulink 中的電力系統(tǒng)模塊庫涵蓋了電路、電力電子、電氣傳動和電力系統(tǒng)中常用的基本元件和模塊，可以方便的進行電力電子電路、電機控制系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的仿真[28]。 基于SVPWM 所示，包括定子磁鏈閉環(huán)控制、電磁轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制和速度閉環(huán)控制。同理，其它扇區(qū)計算方法同上，分別計算 6 個扇區(qū)后，可得到以下規(guī)律，令 （47）對應(yīng)于不同的扇區(qū)，Tx 、Ty 按表 取值。SVPWM 技術(shù)的基本思想是利用六個空間電壓矢量把空間等分為 6 個扇區(qū)，如圖 ，控制系統(tǒng)給出所需施加的目標(biāo)空間電壓矢量Us*，Us*位于某個扇區(qū)時便由形成這個扇區(qū)的兩個非零電壓矢量和零矢量等效合成。假定合成的電壓矢量落在第 I 扇區(qū)，可知其等價條件如下：00arctan(Uβ/Uα)600 176。 p （38） 式中 m 為SVPWM 調(diào)制系數(shù)（調(diào)制比）， m=|Uref|/Udc 。同理可計算出其它各種組合下的空間電壓矢量，列表如下： 表 開關(guān)狀態(tài)與相電壓和線電壓的對應(yīng)關(guān)系SaSbSc矢量符號線電壓相電壓UabUbcUcaUaNUbNUcN000U0000000100U4Udc00110U6UdcUdc0010U20UdcUdc011U30UdcUdc001U100Udc101U5Udc0Udc111U7000000圖 給出了八個基本電壓空間矢量的大小和位置圖 電壓空間矢量圖 其中非零矢量的幅值相同（模長為2Udc/3），相鄰的矢量間隔 60176。3空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù) 脈寬調(diào)制原理 SVPWM 的理論基礎(chǔ)是平均值等效原理，即在一個開關(guān)周期內(nèi)通過對基本電壓矢量加以組合，使其平均值與給定電壓矢量相等[19]。由于轉(zhuǎn)速測量誤差的存在，in模型不適用于高速階段。 基于定子電壓和電流的磁鏈觀測模型（ui模型）由異步電動機定子電壓矢量方程，可得： （212） 根據(jù)式（212）可以得到ui模型結(jié)構(gòu)。 若電動機處于逆時針旋轉(zhuǎn)方向，假設(shè)定子磁鏈位于S1扇區(qū)，當(dāng)實際轉(zhuǎn)矩達到下限Te*eT時，即TQ=1，則選用非零電壓矢量來增加轉(zhuǎn)矩，此時分兩種情況： （1） 實際定子磁鏈幅值達到下限|Ψs|*eΨ時，即ΨQ=1，則用電壓矢量u6達到同時增加轉(zhuǎn)矩和磁鏈的目的； （2）實際定子磁鏈幅值達到上限|Ψs|*+eΨ時，即ΨQ=0,則用電壓矢量u2，達到同時增加轉(zhuǎn)矩和減少磁鏈的目的。同樣采用滯環(huán)比較器來實現(xiàn)，與磁鏈控制不同的是，電磁轉(zhuǎn)矩控制采用三點式調(diào)節(jié)，引入了零電壓矢量，主要為了減少轉(zhuǎn)矩脈動， 所示。 (1) 磁鏈觀測器 磁鏈觀測器是根據(jù)檢測得到的定子電壓、定子電流和轉(zhuǎn)速等物理量，在控制中實時地估算出定子磁鏈的幅值和相位。如圖 所示，兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 dq 到兩相靜止坐標(biāo)系αβ 的變換矩陣C2 r / 2 s 為：圖 2r/2s坐標(biāo)變換 （22） 靜止兩相坐標(biāo)系下的異步電動機動態(tài)數(shù)學(xué)模型 經(jīng)過坐標(biāo)變換，得到兩相靜止坐標(biāo)系下的交流異步電動機動態(tài)數(shù)學(xué)模型為： (1)電壓方程 （23） 式中，、分別為定子繞組三相電壓的、軸分量；、分別定子繞組三相電流的、 軸分量；、分別轉(zhuǎn)子繞組三相電壓的、軸分量；、分別為轉(zhuǎn)子繞組三相電流的、軸分量；為定子繞組電阻；為轉(zhuǎn)子繞組電阻；為定子與轉(zhuǎn)子繞組間的互感；、分別為定、轉(zhuǎn)子繞組的自感；為轉(zhuǎn)子速度； p 為微分算子。2 直接轉(zhuǎn)矩控制基本原理 異步電動機動態(tài)數(shù)學(xué)模型 異步電動機的動態(tài)數(shù)學(xué)模型具有高階、非線性、強耦合、多變量的特征，要獲得高動態(tài)調(diào)速性能，必須充分研究異步電動機的動態(tài)數(shù)學(xué)模型[25]。例如在早期使用單片機來實現(xiàn)算法，后來是用DSP來實現(xiàn)控制算法，使得控制性能和實時性有很大的提高。3%（帶 PG）。因此它的控制效果不取決于電動機的數(shù)學(xué)模型是否能夠簡化，而是取決于轉(zhuǎn)矩的實際狀況。直接轉(zhuǎn)矩控制是交流調(diào)速控制技術(shù)的又一次飛躍，與矢量控制技術(shù)相比，它是在定子坐標(biāo)系下分析交流電動機的數(shù)學(xué)模型，不需要為解耦而簡化交流電動機的數(shù)學(xué)模型，強調(diào)對電磁轉(zhuǎn)矩的直接控制，避免了矢量控制中復(fù)雜的坐標(biāo)變換和參數(shù)運算[9]。這樣就可以將一臺三相異步電機等效為直流電機來控制，因而獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣的靜、動態(tài)性能。交流調(diào)速的發(fā)展可以說是硬件和軟體的發(fā)展過程[3]。特別是20世紀60年代以后，電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，使得交流調(diào)速性能得到很大的提高，在實際應(yīng)用領(lǐng)域也得到認可和快速的普及。矢量控制方式又有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式、無速度傳感器的矢量控制方式和有速度傳感器的矢量控制方式等[12]。1985 年，德國魯爾大學(xué)的 教授首次提出了異步電動機的直接轉(zhuǎn)矩控制理論（Direct Torque Control，DTC），1987 年，又將該理論推廣到弱磁調(diào)速范圍。它包含有兩層意思：①直接控制轉(zhuǎn)矩；②對轉(zhuǎn)矩的直接控制。%，速度響應(yīng)100Hz、電流響應(yīng)800Hz和轉(zhuǎn)矩控制精度177。 在SVPWM的算法方面有許多理論的研究，同時在算法的硬件介質(zhì)方向也是不斷的提高和改進。雖然還是在研究和起步階段，雖然由于性價比不高，但是在一些特殊的場合是別的控制方法無法比擬的[8]。(1) 3s/2s 變換在功率不變的條件下，三相靜止坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣為： （21）(2) 2r/2s 變換 令靜止兩相坐標(biāo)系中α、 β繞組與旋轉(zhuǎn)兩相坐標(biāo)系中 d 、 q 繞組匝數(shù)相同，磁動勢矢量 F 相等。 磁鏈控制 磁鏈控制環(huán)包括磁鏈觀測和磁鏈調(diào)節(jié)，其作用是保持定子磁鏈幅值恒定以使電機獲得良好的動態(tài)性能，并根據(jù)觀測器得到的磁鏈相位來判斷磁鏈矢量所處的扇區(qū)位置。 轉(zhuǎn)矩控制 （1）轉(zhuǎn)矩觀測器 根據(jù)已給出的定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈矢量積表達的電磁轉(zhuǎn)矩方程式，可以得到電磁轉(zhuǎn)矩觀測器的數(shù)學(xué)模型為： （210） 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)的作用就是實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的直接控制。所以制定一個最優(yōu)的選擇電壓矢量的開關(guān)表在直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中至關(guān)重要。由于采用直接檢測方法存在著制造工藝、適用環(huán)境和技術(shù)上的問題，測量誤差較大，故在實際中多采用間接觀測的方法，即根據(jù)容易檢測的定子電壓、定子電流和轉(zhuǎn)速等物理量，建立定子磁鏈的觀測模型，實時地計算出定子磁鏈的幅值和相位常用的定子磁鏈觀測模型包括以下三種[19]。 圖 定子磁鏈in模型結(jié)構(gòu)圖 與ui模型相比，in模型不受定子電阻變化的影響，但受轉(zhuǎn)子電阻、漏電感、主電感等電機參數(shù)以及電機轉(zhuǎn)速測量精度的影響，使得觀測模型的魯棒性降低，引起誤差的因素增多，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度增加。 綜上分析可以看出，三種磁鏈觀測模型各有其優(yōu)缺點，其中u i 模型結(jié)構(gòu)簡單，高速時觀測精度高，對電機參數(shù)的依賴僅限于定子電阻，使得系統(tǒng)魯棒性好，因此本文采用u i 模型作為定子磁鏈觀測模型，這也成為了直接轉(zhuǎn)矩控制優(yōu)勢之一。圖 逆變電路 由于逆變器三相橋臂共有6個開關(guān)管，為了研究各相上下橋臂不同開關(guān)組合時逆變器輸出的空間電壓矢量，特定義開關(guān)函數(shù) Sx ( x = a、b、c) 為： （33） (Sa、Sb、Sc)的全部可能組合共有八個，包括6個非零矢量 Ul(001)、U2(010)、U3(011)、U4(100)、U5(101)、U6(110)、和兩個零矢量 U0(000)、U7(111)，下面以其中一種開關(guān)組合為例分析，假設(shè)Sx ( x== a、b、c)= (100)， 此時 （34）求解上述方程可得：UaN=2Ud /UbN=U d/UcN=Ud /3。圖 電壓空間向量在第Ⅰ區(qū)的合成與分解 在兩相靜止參考坐標(biāo)系（α，β）中，令 Uref 和 U4 間的夾角是θ，由正弦定理可得： （37）因為 |U 4 |=|U 6|=2Udc/3 ，所以可以得到各矢量的狀態(tài)保持時間為：236。 合成矢量Uref所處扇區(qū)N的判斷 空間矢量調(diào)制的第一步是判斷由 Uα 和 Uβ所決定的空間電壓矢量所處的扇區(qū)。SVPWM與正弦 PWM 調(diào)制技術(shù)（SPWM）相比，具有直流母線電壓利用率高、電機轉(zhuǎn)矩波動小、電流畸變小、開關(guān)損耗小和數(shù)字化實現(xiàn)容易等優(yōu)點。圖 空間電壓矢量調(diào)制（a) 矢量合成 （b） 開關(guān)函數(shù) 由圖 （a）和式（44）可得： （45）6個非零電壓空間矢量的幅值是相等的，即|U1|=|U2|=2/3Udc代入上式可得： （46）計算出Tx 和Ty 后，可以由T0