【正文】 當(dāng)施加超前于當(dāng)前定子磁通的電壓矢量，使得 0Teddt? 時(shí)，轉(zhuǎn)矩增加。從圖23 可以看出 :如對(duì)異步電動(dòng)機(jī)施加工作狀態(tài)的電壓矢量，則定子磁鏈的運(yùn)動(dòng)方向和幅值都將 發(fā)生變化 。定子 磁鏈處于第一扇區(qū)，假設(shè)運(yùn)動(dòng) 至 A 點(diǎn)，則有 s ???? ?? ，此時(shí)，磁鏈滯環(huán)比較器輸出信號(hào)為 F? ,輸出電壓矢量應(yīng)使 ||s? 增加。通過(guò)電壓矢量來(lái)控制定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度，從而改變定、轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶恐g的夾角，達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的，用定轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶糠e來(lái)表達(dá)異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。調(diào)制規(guī)則為 : 當(dāng) s ????? 時(shí)， 1F?? ，此時(shí)選擇電壓矢量使 ||s? 增加 。根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)方程 r eLdJ TTp dt? ??可知電磁轉(zhuǎn)矩與速度偏差之間是比例積分的關(guān)系。 (4)開關(guān)狀態(tài)選擇單元 :根據(jù)定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩的控制信號(hào)以及定子磁鏈位置，輸出合適的開關(guān)狀態(tài) abcS 來(lái)控制逆變器驅(qū)動(dòng)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。 M速 度 P I調(diào) 節(jié) 器磁 鏈 滯 環(huán)轉(zhuǎn) 矩 滯 環(huán)開 關(guān)狀 態(tài)選 擇扇 區(qū) 判 斷磁 鏈 觀 測(cè)轉(zhuǎn) 矩 計(jì) 算逆變器3 / 2 相坐 標(biāo)變 換速 度 檢 測(cè)（ 速 度 傳 感 器 ）*s?*r?,ii??, buu??? ???? *eTNs? ,a b ci i i, bcu u u?r?F?TFeT 圖 31 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的典型框圖 圖 31 為典型的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)框圖，整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)磁鏈轉(zhuǎn)矩雙閉環(huán)系統(tǒng)。這樣八種可能的開關(guān)狀態(tài)如表 21 所示： 表 21 逆變器的開關(guān)狀態(tài) 狀態(tài) 0 1 2 3 4 5 6 7 aS 0 0 0 0 1 1 1 1 bS 0 1 1 0 0 0 1 1 cS 0 0 1 1 1 0 0 1 八種可能的開關(guān)狀態(tài)可以分成兩類：一類是六種所謂的工作狀態(tài)，即如上表中的狀態(tài) ―1‖到 ―6‖，它們的特點(diǎn)是三相負(fù)載并不都是接到相同的電位上去；另一類開關(guān)狀態(tài)是零開關(guān)狀態(tài)，即表中的狀態(tài) ―0‖和狀態(tài) ―7‖，它們的特點(diǎn)是三相負(fù)載都接到相同的電位上去。 直接轉(zhuǎn)矩控 制的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 6 susi sRs? Li?riRRJ?? 圖 21 電動(dòng)機(jī)空間矢量等效電路圖 圖 21 中各變量的意義如下： ? —電角速度（機(jī)械角速度與極對(duì)數(shù)的積） SU —定子電壓空間矢量 si 、 ri —定子、轉(zhuǎn)子電流空間矢量 s? 、 r? —定子、轉(zhuǎn)子磁鏈空間矢量 sR 、 L —單相定子電阻、電感 rR —折算到定子側(cè)的單相轉(zhuǎn)子電阻 L? —單相轉(zhuǎn)子漏感與定子漏感之和 由圖 21 可以得出定子電壓方程轉(zhuǎn)子電壓方程： sssS dU R i dt??? （ 21） 0 rrtrr jdRi d ?? ?? ? ? （ 22） 而定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈： S s m rs LiLi? ?? （ 23） rrr m sLiLi? ?? （ 24） 轉(zhuǎn)矩方程：消去電壓方程和磁鏈方程中的 si 和 ri ，可以得到以定子磁鏈 s? 、 r? 為狀態(tài)變量的異步電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)方程。本章從異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型入手，闡述了直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本原理，對(duì)系統(tǒng)的各部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹和分析。 為實(shí)現(xiàn)這一控制，并且考慮到逆變器件所能承受的開關(guān)頻率，將定子磁鏈的軌跡分為 六個(gè)區(qū)，對(duì)定子磁鏈實(shí)行分區(qū)控制，不同區(qū)域采用不同定子電壓切換向量，使得定子磁鏈的軌跡近似為一圓形。 總之，直接轉(zhuǎn)矩控制的發(fā)展得益于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，科技的進(jìn)步又進(jìn)一步促進(jìn)直接轉(zhuǎn)矩控 制的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 4 了直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的迅猛的發(fā)展，相信在不久的將來(lái)應(yīng)用了高科技的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)會(huì)給社會(huì)帶來(lái)巨大的生產(chǎn)力。 (5)無(wú)速度傳感器理論 在速度檢測(cè)方面，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)要求有速度傳感器，存在成本高、安裝維護(hù)困難、系統(tǒng)易受干擾、可靠性降低、不適于惡劣環(huán)境等弊端。為了改善這種情況，減小 轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)，一些研究者提出了一種新的電壓矢量選擇方法 —預(yù)期電壓法 :首先根據(jù)轉(zhuǎn)矩偏差、磁鏈偏差和轉(zhuǎn)速計(jì)算出一個(gè)能達(dá)到最佳控制的預(yù)期電壓，然后用電壓型逆變器的 6 個(gè)工作電壓中與之相鄰的兩個(gè)電壓矢量來(lái)合成它，計(jì)算出各自的工作時(shí)間 ,然后用零電壓補(bǔ)足采樣周期 ’。下面簡(jiǎn)要介紹一些對(duì)直接轉(zhuǎn)矩控制中各控制環(huán)節(jié)安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 的改進(jìn)研究情況。為補(bǔ)償參數(shù)變化的 影響，人們又引入了各種參數(shù)在線辨識(shí)和補(bǔ)償算法，但補(bǔ)償算法的引入也會(huì)使系統(tǒng)算法復(fù)雜化。所謂矢量控制，就是交流電 動(dòng)機(jī) 模擬成直流電 動(dòng)機(jī) 來(lái)控制，通過(guò)坐標(biāo)變換來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)定子電流的勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量的解藕，然后分別獨(dú)立調(diào)節(jié)，從而獲得高性能的轉(zhuǎn)矩 特性 和轉(zhuǎn)速響應(yīng)特性。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)。 直接轉(zhuǎn)矩控 制的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 2 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。 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 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 ??? 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 ( 2 )13 bacb Es ssu ??? ( 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)噶康脑隽浚ㄗ与妷旱拇笮『头较驔Q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 1U2U3U4U5U6U1S2S3S4S5 6S?? 圖 34 圓形磁鏈運(yùn)動(dòng)軌跡調(diào)節(jié)過(guò)程示意圖 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 (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)。 case 3 直接轉(zhuǎn)矩控 制的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 22 sys=mdloutputs(t,x,u,Rs,Rr,Ls,Lr,Lm)。 = 3。 str= []。 sys(3)=x(1)。 Case {2,4,9}, Otherwise Error([’Unhandled flag=’,num2str(flag)]) 。 str=[]: ts=[1 0] fuion sys=mdlOutPuts(u) faial=u(l)/2+sqrt(3)*u(2)/2。 sys(2)=abs(sqrt(u(l)*u(1)+u(2)*u(2)))。 =0。2 。 fuion sys=md1outputs(t， x， u) Ktable=[2， 1， 3， 4， 6， 5:0， 0， 7， 0， 7， 7:1， 4， 5， 2， 3， 6:6， 3， 2， l， 4， l:7， 7，0， 7， 0， 6， 4， 3， 1， 2:]: KSa=[l，一 l，一 1，一 1， 1， 1， 1， l]: KSb=[一 l，一 1， 1， l，一 1，一 l， 1， l]: KSe=[一 l， l，一 1， l，一 1， l，一 l， l]: m=3*u(2)+u(3)+l。 異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真 參數(shù)與 結(jié)果 仿真電機(jī)參數(shù)如下 :額定功率為 ，額定電壓為 380V，額定轉(zhuǎn)速為 1500r/min。同時(shí)轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)從波形上看頻率很高，對(duì)轉(zhuǎn)矩變化跟隨比較好。直接轉(zhuǎn)矩控制中定子電阻的觀測(cè)、無(wú)速度傳感器理論、電壓矢量細(xì)化等研究的不斷深入，與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等新技術(shù)的融合，以及研究將直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)應(yīng)用于同步電機(jī)的趨勢(shì)，使得直接轉(zhuǎn)矩控制 在理論上日趨成熟。老師在我這幾個(gè)月的時(shí) 間里提出了很多具有指導(dǎo)性的意見(jiàn)，使我受益