【正文】 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。模型的基本方程式如下： ()()sa sa sa ss s s su i R d tu i R d t? ? ????????????????? (218) 定子磁鏈估計(jì)的 in 模型 in 模型是用定子電流和轉(zhuǎn)速來確定定子磁鏈的模型。在點(diǎn) c，SH?=1， HTe=1，又查表可知為電壓矢量 3V 由此類推，系統(tǒng)很容易在四個(gè)象限運(yùn)行。 2 H B ψE DCBAV 4 Δ t 4V 3 Δ t 3V 2 Δ t 2V 1 Δ t 1S ( 1 )S ( 2 )S ( 3 )S ( 4 )S ( 5 )S ( 6 )
/ 3ψ Sψ rd sω e圖 214DTC 控制下定子磁鏈?zhǔn)噶康能壽E 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 V 1 ( 1 0 0 )V 2 ( 1 1 0 )V 3 ( 0 1 0 )V 4 ( 0 1 1 )V 5 ( 0 0 1 )V 6 ( 1 0 1 )V 0 ( 0 0 0 )V 7 ( 1 1 1 )ω eΔ ψ 1Δ ψ 2Δ ψ 3Δ ψ 4Δ ψ 5 Δ ψ 6ψ s 圖 215 逆變器電壓矢量及 t? 時(shí)間段內(nèi)相應(yīng)定子磁鏈的變化 表 21 給出了磁鏈滯環(huán)控制器的輸出SH?、轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器的輸出 HeT、定子磁鏈所在扇區(qū) S(k)三者與所加在逆變器上的電壓矢量之間的關(guān)系。的圓形軌跡在滯環(huán)內(nèi)沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，如圖 214 所示。 直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理 直接轉(zhuǎn)矩控制是為電壓源型ＰＷＭ逆變器傳動系統(tǒng)提出的一種先進(jìn)的標(biāo)量控制技術(shù)，基于該技術(shù)的傳動系統(tǒng)性能可與矢量控制的異步電動機(jī)傳動系統(tǒng)性能相媲美。 O u t 1I n 1 O u t 2O u t 3I n 1I n 2I n 3O u t 1O u t 2I n 1I n 2O u t 1O u t 2c l o c kS u b s y s t e m 1 S u b s y s t e m 2 S u b s y s t e m 3KG a i nS c o p e 1S c o p e 2 圖 23 異步電動機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的總結(jié)構(gòu)圖 在圖 23 中， Subsystem1 表示三相交流電源模塊， Subsystem2 表示三相 相變換模塊， Subsystem3 表示異步電動機(jī)模塊，三部分的具體結(jié)構(gòu)圖如圖 24，圖 25，圖 26 所示： 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 1I n 12 * p i * 5 0 2 / 3 * p i2 / 3 * p is i n++++s i ns i n2 2 0 * s q r t ( 2 )2 2 0 * s q r t ( 2 )2 2 0 * s q r t ( 2 )123O u t 1O u t 2O u t 3 圖 24 三相交流電源模塊結(jié)構(gòu)圖 1+++++12O u t 1O u t 2S q r t ( 2 / 3 )S q r t ( 2 / 3 )S q r t ( 2 / 3 ) S q r t ( 2 / 3 ) 1 / 2 1 / 223I n 1I n 3I n 2 圖 25 三相 相變換模塊結(jié)構(gòu)圖 12I n 2+++++4 . 6 8 52 9 . 0 7r + 2 . 1 3 . 1 43 . 1 4 3+1r + 4 . 8 2 9I n 10 . 9 71 . 9 4++K1S1 / 2 12O u t 1O u t 20 . 9 72 9 . 0 7r + 2 . 1 3 . 1 44 . 6 8 53 . 1 4 3+1r + 4 . 8 2 9XXXXXX 圖 26 異步電動機(jī)模塊結(jié)構(gòu)圖 仿真所用到的電機(jī)參數(shù)如下：額定電壓 u=220v，頻率 f=50Hz，額定轉(zhuǎn)速v=1480r/min，定子電阻 SR ＝ ? ，轉(zhuǎn)子電阻 rR ＝ ? ，定 子等效兩相繞組的自感 sL ＝ ，轉(zhuǎn)子等效兩相繞組的自感 rL ＝ ，定子與轉(zhuǎn)子同軸等效繞組間的互感 mL ＝ ，極對數(shù) 2np? ，轉(zhuǎn)動慣量 N m??。rqu —— d’q’ 坐標(biāo) 定子電壓與轉(zhuǎn)子電壓的兩個(gè)分量； SR , rR —— 定子電阻與轉(zhuǎn)子電阻 1? —— 定子同步角轉(zhuǎn)速 , 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 s? —— 轉(zhuǎn)差頻率 （ 3） 轉(zhuǎn)矩方程 39。sqi , 39。39。這種模型又稱為 Kron的異步電動機(jī)方程式或雙軸原型電機(jī)（ Two Axis Primitive Machine）基本方程式。不同電動機(jī)模型彼此等效的原則是：在不同坐標(biāo)系下所產(chǎn)生的磁動勢完全相同。異步電動機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型和直流電動機(jī)的動態(tài) 數(shù)學(xué)模型相比有著本質(zhì)上的區(qū)別，是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。與向量控 制相比，直接轉(zhuǎn)矩控制的主華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 要優(yōu)點(diǎn)是：在定子坐標(biāo)系下對電動機(jī)進(jìn)行控制，摒棄了向量控制中的解耦思想，直接控制電動機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，并用定子磁鏈的定向代替轉(zhuǎn)子磁鏈的定向，避開了電動機(jī)中不易確定的參數(shù)（轉(zhuǎn)子電阻）。但隨著大功率電子器件及交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，目前適用于寬調(diào)速的異步電機(jī)的調(diào)速性能及經(jīng)濟(jì)性已可與直流電機(jī)的相媲美。 (2)異步電動機(jī)不易出現(xiàn)故障，維修簡單。 (3)由于直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)因素使單機(jī)容量及轉(zhuǎn)速受到限制。直接轉(zhuǎn)矩控制于 1985 年由德國魯爾大學(xué)的 教授首次提 出，并獲得了令人滿意的控制效果。交流電機(jī)的各種控制方法，包括標(biāo)量控制、向量控制（磁場定向控制）、直接轉(zhuǎn)矩控制和自適應(yīng)控制等。 隨著微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的進(jìn)步，交流電動機(jī)調(diào)速技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，有了長足的進(jìn)步。仿真結(jié)果表明，兩種改進(jìn)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)在弱磁調(diào)速范圍內(nèi)依然優(yōu)于傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，依然能夠減小轉(zhuǎn)矩脈動和轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)誤差。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保 留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 華中科技大學(xué)文華學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 題目： 異步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制仿 真研究 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。針對電機(jī)運(yùn)行在基頻以上的弱磁調(diào)速情形，本文運(yùn)用三種不同的直接轉(zhuǎn)矩控制方法分別進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。另一方面，擴(kuò)展卡爾曼濾 波器要用到很多隨機(jī)誤差的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，由于模型復(fù)雜，涉及因素多，使得分析這些參數(shù)的工作比較困難，需要通過大量調(diào)試才能確定合適的隨機(jī)參數(shù)，而且調(diào)速范圍有一定的局限性，只適合中高速調(diào)速系統(tǒng)。同時(shí)，由于電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，大規(guī)模集成 電路和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的出現(xiàn)，以及交流拖動在節(jié)能減耗方面的優(yōu)勢，交流拖動在異步電動機(jī)和同步電動機(jī)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，這些應(yīng)用包括風(fēng)機(jī)、造紙廠、地鐵和機(jī)車牽引、電動汽車、機(jī)床和機(jī)器人、家用電器和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)等。直接轉(zhuǎn)矩控制解決了上述一系列問題，在交流拖動控制系統(tǒng)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。 (2)使用場合受到限制，在易燃易爆以及環(huán)境惡劣的地方不能采用。 異步電機(jī)具有下面幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： (1)異步電動機(jī)特別是 鼠 籠型異步電動機(jī)的價(jià)格遠(yuǎn)低于直流電動機(jī)。由于異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速與其旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速有一定的轉(zhuǎn)差關(guān)系，其調(diào)速性能較差，對要求較寬廣和平滑調(diào)速范圍的設(shè)備采用直流電機(jī)較經(jīng)濟(jì)、方便。其思路是把異步電動機(jī)和逆變器看成是一個(gè)整體，采用電壓向量分析方法直接在靜止坐標(biāo)系下分析和計(jì)算電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈，通過磁鏈跟蹤得出ＰＷＭ逆變器的開關(guān)狀態(tài)切換的依據(jù)從而直接控制電動機(jī)轉(zhuǎn)矩。 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 2 應(yīng)電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理 異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型 認(rèn)真研究異步電動機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，是實(shí)現(xiàn)高性能的異步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的保證。坐標(biāo)變換包括三相 兩相變換和兩相 兩相旋轉(zhuǎn)變換。數(shù)學(xué)模型由以下方程表述 (1)磁鏈方程 00000000ssSmSmrrmrmriLLiLLiLLiLL????????? ? ? ???? ? ? ???? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ???? ? ? ? (25) 式中 s?? ， s?? ， r?? ， r?? —— dq子磁鏈的兩個(gè)分量； si? , si? , ri? , ri? —— dq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 s d S S d q s s m d q s m s ds q d q s s S S d q s m m s qr d m d q r m r r d q r r r dr q d q r m m d q r r r r r qu R L P L L p L iu L R L P L L p iu L p L R L P L iu L L p L R L P i????????? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? (26) 式中 sdu ， squ ， rdu ， rqu —— dq坐標(biāo) 定子電壓與轉(zhuǎn)子電壓的兩個(gè)分量； SR , rR —— 電阻； dqs? , dqr? —— dq坐標(biāo)系分別相對于 定子 ,轉(zhuǎn)子的角速度 (3)轉(zhuǎn)矩方程 ()e p m sq rd sd rqT n L i i i i?? (27) 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 式中 eT —— 電動機(jī)轉(zhuǎn)矩 pn —— 電動機(jī)極對數(shù)； (4)運(yùn)動方程 eL pjdTT n dt??? (28) 式中 LT —— 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ? —— 電動機(jī)轉(zhuǎn)速 J —— 電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量； 以上構(gòu)成異步電動機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。39。sdi , 39。rdu ， 39。 采用模塊化的方法構(gòu)建的異步電動機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型的總的結(jié)構(gòu)圖 23 所示。 m。 轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器為三電平輸出，原理圖如圖 213 所示 2 H B T e+ 1 1 圖 213 轉(zhuǎn)矩 滯外控制器 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 數(shù)學(xué)表達(dá)式如下： E H = 1E H = 1E H 0e e eT T Te e eT T e Te e eT T TTHBHBH B H B??????? ? ???? ? ? ? ???，， （ 215） 式中， 2TeHB為轉(zhuǎn)矩控制器的總滯環(huán)帶寬 給定定子磁鏈?zhǔn)噶?s? 如果忽略定子電阻，可得下式： ? ?SsdV dt ?? (216) 或者 sSVt?? ? ? (217) 上式表明，定子磁鏈?zhǔn)噶?s? 的增量為電壓矢量 K 與時(shí)間增量出的乘積，也 就是說它與逆變器的六個(gè)非零電壓矢量之間存在著一定的對應(yīng)關(guān)系，如圖 214， 215所示。 表 22 電壓矢量引起的磁鏈和轉(zhuǎn)矩的變化 電壓矢量 1V 2V 3V 4V 5V 6V