【正文】 詳細(xì)分析研究了異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型，對定子磁鏈控制理論也做了研究，并且做了總結(jié)，為實現(xiàn)直接轉(zhuǎn)矩控制做好理論基礎(chǔ)。 后，電機(jī)運行狀態(tài)達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)。轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時也存在波動。 2 定步長解法 ode5：定步長的 ode45解法； ode4：四階 Runge— Kutta算法； ode3：定步長的 ode23算法； ode1：歐拉法。它之所以廣泛用于仿真上，還有不可忽視的優(yōu)點：編程容易．改變步長方便、穩(wěn)定性好。如果精度要求高，可采用漢明（ Hamming）法。 算法選擇的好壞直接關(guān)系到仿真結(jié)果，選擇合適的算法非常的關(guān)鍵，下面介紹幾種常用仿真算法： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 20 （ 1） 歐拉法（ Euler）：歐拉法又稱折線法，它 能夠由前一點 t（ n）的數(shù)值 y（ n）直接求得后一點 t（ n+1）的數(shù)值 y（ n+1），而不需要其它信息，也就是說它能夠自啟動，這樣的方法我們稱為單步法。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型， SIMULINK提供了一個建立模型 方塊圖的圖形用戶接 口 (GUI)， 這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。在 1?QT作用下，得到相應(yīng)的電壓空間矢量， 使得定子磁鏈前轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩上升。 磁鏈調(diào)節(jié)器器實際上也是一個施密特觸發(fā)器，對磁鏈幅值進(jìn)行兩點式調(diào)節(jié)。 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) 調(diào)節(jié)器 原理 通過前文的介紹，直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的 基本 控制方式已經(jīng) 清楚 ， 根據(jù)前文可得到系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)及結(jié)構(gòu)。由于電壓空間矢量幅值不變，只改變了作用時間，所以定子磁鏈所圍 成的面積發(fā)生改變，作用時間變短，面積變小，定子磁鏈幅值變小。 其主要優(yōu)點是： （ 1） 結(jié)合了 iu? 模型和 ni? 模型的優(yōu)點，很自然的解決了切換的問題； （ 2） 引入 PI電流調(diào)節(jié)器 ，大大提高了電動機(jī)模型的仿真精度； 缺點是： 結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，實用性差?？傊?0%額 定轉(zhuǎn)速以上時， iu? 模型法，結(jié)構(gòu)簡單，精度高?？臻g電壓矢量狀態(tài)圖如下圖示。 表 22 逆變器電壓狀態(tài)與開關(guān)狀態(tài)對照表 狀 態(tài) 工作狀態(tài) 零狀態(tài) 1 2 3 4 5 6 7 8 開關(guān)狀態(tài) Sabc 011 001 101 100 110 010 000 111 電 壓 狀 態(tài) 表示一 ??tus su ? ?011 su? ?001 su ? ?101 su ? ?100 su ? ?110 su ? ?010 su ? ?000 su ? ?111 表示二 ??tus 1su 2su 3su 4su 5su 6su 7su 表示三 ??tus 1 2 3 4 5 6 7 電壓空間 矢量 由于異步電動機(jī)的電壓，電流 ，磁鏈等都是三相電磁量，故 對異步電動機(jī)進(jìn)行分析和控制時，必須對三相進(jìn)行 分析 和控制， 比較困難。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 8 并且規(guī)定，將旋轉(zhuǎn)空間矢量在 ? 軸上的投影稱為 ? 分量，在正交的 ?軸上的投影稱為 ? 分量 。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，在多繞組電機(jī)中，其磁場儲能為 : mW =21 Ti ? （ 23） 式中 ； Ti = ? ?cbaCBA i i i i ii T ? = ? ?cbaCBA ψ ψ ψ ψ ψψ 根據(jù)能量守恒原理，在異步電機(jī)運行時，其電磁力矩 eT 等于電流不變時磁場儲能對 機(jī)械角位移 m? 的偏導(dǎo) 數(shù)。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 5 2 直接轉(zhuǎn)矩控制 機(jī)理分析 概述 直接轉(zhuǎn)矩控制 (DTC)變頻調(diào)速系統(tǒng)是近十幾年繼矢量變頻調(diào)速技術(shù)之后發(fā)展起來的一種新型高性能的 控制方式。所以最佳開關(guān)策的研究是需要探討的問題。 近幾年發(fā)展起來的數(shù)字信號處理器（ DSP）具有高速的運算 功能， 國外常用 DSP 來解決高性能交流電氣傳動數(shù)字控制中測量及控制的速度問題， 以彌補(bǔ)單片機(jī)運算速度太慢的缺點。 根據(jù) 所提出的直接轉(zhuǎn)矩控制理論所實現(xiàn)的系 統(tǒng)中，其磁鏈的軌跡是按正六邊形運動，其六邊分別有相應(yīng)的六個非零電壓矢量與之對應(yīng)，可簡單的切換六個工作狀態(tài)直接由六個非零電壓矢量完成六邊形磁鏈軌跡，磁環(huán)控制簡單。 （ 3） 矢量變換控制的發(fā)展奠定了現(xiàn)代交流調(diào)速高性能的基礎(chǔ)。 然而交流電動機(jī)的產(chǎn)生改善了調(diào)速領(lǐng)域的發(fā)展，其具有結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，價格便宜堅固耐用，轉(zhuǎn)動量小，運行可靠，維修量小，適用于各種環(huán)境等優(yōu)點使其在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 通過直接改變影響電動機(jī)性能的磁鏈滯環(huán)調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)調(diào)節(jié)器的參數(shù)，實現(xiàn)了對電動機(jī)的 直接轉(zhuǎn)矩的控制，通過仿真得到仿真圖，對仿真圖進(jìn)行分析，驗證直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的有效性和可靠性。 利用 空 間矢量的分析方法， 直接在定 子 坐標(biāo)系下計算和控制交流電動機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩 ，直接跟蹤定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩，采用定子磁場定向，借助于離散的兩點 式 （ BandBand 控制）產(chǎn)生 PWM 信號，對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控制，以獲得高動態(tài)性能的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。它的機(jī)械換向器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢修量大，維修費高，還容易產(chǎn)生火花等等因素，使得直流電動機(jī)的應(yīng)用也受到了限制。其克服了相控原理的所有弊端，使得交流電機(jī)定 子電壓電流接近正弦波形，提高了 電機(jī)的功率因素和輸出功率 。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)一誕生，就以自己新穎的控制思想，簡潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的靜態(tài)性能受到了普遍的注意和得到了迅速的發(fā)展。 有的學(xué)者提出定子磁通定向的新型控制方案，即采用了感應(yīng)電機(jī)定子磁鏈定向的解耦模型，首先求出所需的 d、 q 軸定子電流，然后得到 d、 q軸定子電壓指令，經(jīng)旋轉(zhuǎn)變換得到靜止坐標(biāo)下對應(yīng)作用的定子電壓矢量。但是，根據(jù)開關(guān)頻率和微機(jī)運行速度選擇開關(guān)狀態(tài)需要很大技巧。 論文在第一章闡述了電機(jī)調(diào)速和直接轉(zhuǎn)矩控制的發(fā)展與現(xiàn)狀 ， 第二章對直接轉(zhuǎn)矩控制 技術(shù)的 基本原理 進(jìn)行分析 ，第三章對 MATLAB/SIMULINK 仿真軟件做基本介 紹，建立仿真模型并對直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，對仿真結(jié)果進(jìn)行分析，第四章對本文進(jìn)行總結(jié)。 由 能量守恒定律推出電磁轉(zhuǎn)矩。 sRsu rRs ?Lrirjw ?uψ? rψ?uiL 圖 2 1 異 步 電 動 機(jī) 空 間 矢 量 等 效 電 路 圖中各量定義如下： su — 定子電壓空間矢量； ui — 定子電流空間矢量； ri — 轉(zhuǎn)子電流空間矢量； u? — 定子磁鏈空間矢量； r? — 轉(zhuǎn)子磁鏈空間矢量； ? — 電角速度（機(jī)械角速度和極對數(shù)的積）。這 7 種不同的電壓狀態(tài)可分成兩類：一類是 6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) “ 7” 和 “ 8” ，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) （詳見表 22） 。其所對應(yīng)空間電壓矢量狀態(tài)為 1su — 2su — 3su — 4su — 5su — 6su ，零電壓矢量 7位于正六邊形中心。在定子頻率接近零時，這種方法也不適用，原因在于用作定子電壓和定子電阻壓降之間的差值消失，以致 只有誤差被積分。 3. nu? 模型 nu? 模型綜合了 iu? 模型和 ni? 模型的特點 ，是一個在全速范圍內(nèi)都適用的磁鏈模型，其由定子電壓和轉(zhuǎn)速來獲得定子磁鏈。 （ 2）恒功率調(diào)速： 通過改變電壓空間矢量的作用時間，達(dá)到改變定子磁鏈旋轉(zhuǎn)速度的目的。 通過控制工作狀態(tài)的電壓空間矢量和零狀態(tài)電壓空間矢量的交替出現(xiàn)的時間，實現(xiàn)了對定子磁鏈旋轉(zhuǎn)的速度的改變，通過這樣的瞬態(tài)調(diào)節(jié)可獲得高性能的轉(zhuǎn)矩特性。對磁鏈電壓的選擇主要有兩種：一種是與磁鏈運動軌跡成 600角的電壓空間矢量；另一種是成 1200角的電壓空間矢量。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 17 ??fTgTm??QTm??m?10T?圖 2 7 轉(zhuǎn) 矩 調(diào) 節(jié) 器 原 理 圖 當(dāng)fT下降到調(diào)節(jié)器容差下限 m?? ，調(diào)節(jié)器輸出信號QT狀態(tài)為 ” 1” 。 SIMULINK可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 19 部分具有不同的采樣速率。它由以下 6個子模塊庫組成 ： （ 1） 電源模塊庫：包括直流電壓源、交流電壓源、交流電流源、可控電 壓 源和可控電流源等 ； （ 2） 基本元件模塊庫：包括串聯(lián) RCL負(fù)載 /支路、并 聯(lián) RCL負(fù)載 /支路、線性變壓器、飽和變壓器、互感、斷路器、 N相分布參數(shù)線路和浪涌放電等； （ 3） 電力電子模塊庫：包括二極管、晶閘管、 GTO、 MOSFET、 IGBT和理想開關(guān)等 ； （ 4） 電機(jī)模塊庫：包括勵磁裝置、水輪機(jī)及其調(diào)節(jié)器、異步電動機(jī)、同步電動機(jī)及其簡化模型和永磁同步電動機(jī)等； （ 5） 連接模塊庫：包括地、中性點和母線（公共點） ； （ 6） 測量模塊庫：包括電流和電壓測量。精度要求不高時 ，用最簡單的預(yù)估 — 校正 法 —— 采用歐拉法 “ 頸估 ” ，梯形法 “ 校正 ” 。但比梯形法要快 ，而且與其它方法比較，其誤差比歐拉法高三個數(shù) 量級， 比預(yù)估一校正法高兩個數(shù)量級，是自啟動的。 1 變步長解法 ode45： Runge— Kutta四、五階算法，是 SIMULINK默認(rèn)算法； ode23： Runge— Kutta二、三階算法； ode113：可變階次的 Adams算法； ode15s：可變階次的 NDFs算法， ode23t：采用自用內(nèi)插法的梯形法。 在 t= 時，三相電流、河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 26 轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)， 但是由于 磁鏈容差為 ，三相電流與轉(zhuǎn)矩波動較大。 突加轉(zhuǎn)矩 當(dāng)磁鏈滯環(huán)容差為 0Wb時， 轉(zhuǎn)矩滯環(huán)容差為 1， 在 t= 時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩由 30 突變到 60，其仿真圖像如下圖示： 圖 422 磁鏈軌跡 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 33 圖 423 三相電流波形 圖 424 轉(zhuǎn)矩波形 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 34 圖 425 轉(zhuǎn)速波形 由仿真圖可知， 在 0— 時間 段 ， PI在調(diào)節(jié)器作用下，放大 電流、轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速迅速提升，在 時達(dá)到穩(wěn)態(tài)，在 時，增大負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ，轉(zhuǎn)矩突變， 三相電流 幅值變大，轉(zhuǎn)速波動，但瞬間再次達(dá)到平衡 。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 39 4 總結(jié) 本文以三相鼠籠式異步電動機(jī)為控制對象，在對異步電動機(jī)數(shù)學(xué)模型分析的基礎(chǔ)上，利用 MATLAB/SIMULINK 工具建立起異步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真模型。 在完成論文期間，還要感謝我的同學(xué)張志彬和劉威風(fēng)，他們在我遇到困難時給了我無私的幫助，對我 完成論文起到很大作用，在此，再次向他們表示感謝。 本工程耐火等級二級，屋面防水等級三級，地震防烈度為 8度，設(shè)計使用年限 50 年。外墻水泥砂漿抹面，外刷淺灰 色墻漆。一、二、三、四 層墻體采用 M10 混合砂漿砌筑 MU15 多孔磚；五層以上采用 混合砂漿砌筑 MU15 多孔磚。 施工順序 ⑴ 基礎(chǔ)工程 工程定位線（驗線）→挖坑→釬探（驗坑）→砂礫墊層 的施工→基礎(chǔ)砼墊層→刷環(huán)保瀝青 →基礎(chǔ)放線（預(yù)檢）→砼條形基礎(chǔ)→刷環(huán)保瀝青 →毛石基礎(chǔ)的砌筑→構(gòu)造柱砼→地圈梁→地溝→回填工。 ⑶ 現(xiàn)場設(shè)木工鋸，木工刨各 1 臺。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 5 勞動力安排 ⑴ 結(jié)構(gòu)期間： 瓦工 40 人；鋼筋工 15 人；木工 15 人；放線工 2 人；材料1 人；機(jī)工 4 人；電工 2 人；水暖工 2 人；架子工 8 人；電焊工 2 人；壯工 20 人。 C、控軸線沿結(jié)構(gòu)逐層彈在墻上，用以控制樓層定位。 C、標(biāo)高豎向傳遞設(shè)置 3 個標(biāo)高點，以其平均點引測水平線折平時，盡量將水準(zhǔn)儀安置在測點范圍內(nèi)中心位置，進(jìn)行測河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 7 設(shè)。 砂漿：177