【正文】 r,Lm) a=1Lm*Lm/(Ls*Lr)。 sys(5)=3 *Lm*(x(2)*x(3)x(1)* x(4))。 =0。 faiel=u(l)。其輸入為逆變器三相輸入開關(guān)信號，輸出為異步電機的三相定子電壓。 =3 。0 。 Sa=KSa(KUs) 。mZ，極對數(shù)為 2，定子電阻為 。 張偉：直接轉(zhuǎn)矩控 制的異步電機調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 32 結(jié)論與展望 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)是通過直接控制逆變器的開關(guān)狀態(tài)進而控制電動機的電壓狀態(tài)，從而控制電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，使磁鏈軌跡近似為圓形。 安徽工程大學機電學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 致謝 時間過得很快，轉(zhuǎn)眼間我就畢業(yè)了。 功夫不負有心人，在經(jīng)歷了不斷修改后，畢業(yè)設(shè)計終于成稿了。在此對幫助過我的導師、同學、朋友表示感謝。如今大學生活即將結(jié)束了，但我發(fā)現(xiàn)這還只是一個開始，我面前的路還很長。將現(xiàn)代控制理論應用于直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的研究，無疑是這種新技術(shù)的發(fā)展趨勢，也是當今值得深入研究的課題。定子電感為 ，轉(zhuǎn)子電感為 ，定轉(zhuǎn)子互感為 ，頻率為工頻 50 赫茲，取摩擦系數(shù)為 0。Se=KSe(KUs) 。 sys=simsizes(sizes) 。 =1 。 case 3， sys=md1outputs(t， x， u) 。 else Sal=1。 =2: =1。仿真模塊如 41 所示。 sys(3)=(Rs*Lm*a* x(1)Lm*Ls*u(3)*x(2)Rr*Ls*a*x(3)Lr*u(3)*x(4)Lm*u(1))/2。 x0= [0。, num2str (flag)])。在定義完模型后，可以通過 Simulink 菜單或 MATLAB 的命令來對它進行仿真， MATLAB 提供強大的可視化輸出功能模塊，方便用戶進行分析；下面就具體介紹應用 Simulink 建立直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)。另外， MATLAB 網(wǎng)頁服務程序還容許在 Web應用中使用自己的 MATLAB 數(shù)學和圖形程序。 （ 4）強大的科學計算機數(shù)據(jù)處理能力 MATLAB 是一個包含大量計算算法的集合。這些工具箱就是專業(yè)部分。 MATLAB 是以解釋的方式工作的，若有錯誤立即就會作出反應，便于編程者立即改正。本章重點介紹了直接轉(zhuǎn)矩控制的幾種調(diào)節(jié)方案，其主要包括低速、中速、高速三類，在本論文中中速調(diào)節(jié)方案是研究的重點。 五 .通過改變磁鏈給定值實現(xiàn)的平均轉(zhuǎn)矩的動態(tài)調(diào)節(jié)。逆變器的電壓波形與普通電壓型逆變器時一樣。 五 .六邊形磁鏈軌跡。 通過上述電壓矢量的調(diào)節(jié)可以對磁鏈進行補償，從而使磁鏈達到近圓形，得到比較安徽工程大學機電學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 好的控制結(jié)果。低速范圍的調(diào)節(jié)方案有如下特點 : 一 .用電動機模型檢測計算電動機磁鏈和轉(zhuǎn)矩。但是，此時的空間電壓矢量是旋轉(zhuǎn)坐標系下的，還需疊加磁鏈旋轉(zhuǎn)角度，將其轉(zhuǎn)換成靜止坐標系下的空間電壓矢量，最后通過 SVPWM 方式輸出開關(guān)脈沖信號給逆變器。轉(zhuǎn)子磁鏈的位置變化實際上不受該期間定子頻率的平均值的影響。 電磁轉(zhuǎn)矩表達式為： | || |323 sin2e r ssrsrsrsrPPmmLTLLLLL????? ? ? ??? ? ??? （ ） = （ 36） 由 (219)式表明，電磁轉(zhuǎn)矩的大小是由轉(zhuǎn)子磁鏈和定子磁鏈的幅值以及它們之間的夾角（磁通角 ?（ t） )決定。 將異步電機的定子磁鏈方程式 (214)離散化得 : ( 1 ) ( 1 )( n ) = Ssss nn Tu?? ? ? ? (35) 式中， ST 為采樣周期中電動機的定子磁鏈與電壓矢量的關(guān)系如圖 35 所示。圖 34 為圓形磁鏈運動軌跡調(diào)節(jié)過程示意圖。(2)在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩的同時，控制定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)方向，以加強轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)。磁鏈誤差為*| | | |s s s? ? ????，將誤差進行滯環(huán)比較，當誤差超過允許值就進行電壓切換，使誤差控制在滯環(huán)寬度內(nèi)。偏差經(jīng)過速度 PI 調(diào)節(jié)器得到。 (3)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器 :利用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出的給定轉(zhuǎn)矩，也是采用兩點式滯環(huán)控制，輸出轉(zhuǎn)矩控制信號，直接控制電機的轉(zhuǎn)矩 。直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)調(diào)速的主題就是在于調(diào)節(jié)電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩的變化，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩完全是按照輸入轉(zhuǎn)矩的設(shè)定。分別用 aS 、 bS 、 cS 來表示三相上橋臂的開關(guān)狀態(tài)，以 a 相為例，當 a 相上橋臂導通時，記作 aS =1， 當 a 相上橋臂關(guān)斷時，記作 aS =0。對于分析直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，采用空間矢量的數(shù)學分析方法，以定子磁鏈定向，建立在靜止 ??? 正交定子坐標系上，圖 21 是異步電 動機 的等效電路。直接轉(zhuǎn)矩控制針對電 動機 的核心變量作直接控制。 為了減小直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)矩脈動，提高感應電動機的調(diào)速性能，采用了定子磁鏈軌跡近似為圓形的控制方法，也就是將定子磁鏈的幅值限定在一個比較小的范圍內(nèi)，而不是使定子磁鏈按照六邊形軌跡運動，定子磁鏈的幅值一旦超出這個范圍，相應改變定子電壓向量，控制其回到限定的范圍內(nèi)。目前，我國學者胡育文等也在 其文章中提出了新型自適應速度觀測器的理論，直接將閉環(huán)觀測器觀測的定子磁鏈應用于直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，同時能夠辯識出電動機的轉(zhuǎn)速及電動機參數(shù)。最近又有人提出了用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)定子電阻觀測器，實驗結(jié)果也證明是可行的，但具體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)還有待研究完善。 (3)電壓矢量選擇方式的改進 直接轉(zhuǎn)矩控制通過定子磁鏈定向?qū)D(zhuǎn)矩進行 直接控制從而 選擇電壓矢量，雖然在各控制周期的開始時刻控制效果最佳，但是整個控制周期內(nèi)的效果卻未必最好。 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的性能是借助于控制環(huán)節(jié)來實現(xiàn)的，改善和優(yōu)化各個環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)，必然有利于控制系統(tǒng)性能的提高。這種方法便于實現(xiàn)，也能在一定程度上確保檢測 的 精度，但由于在異步電動機直接轉(zhuǎn)矩調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與仿真研究 在狀 態(tài)重構(gòu)過程中使用了電 動機 的參數(shù)，如果環(huán)境變化引起電 動機 參數(shù) 的 變化，就會影響到 定子 磁鏈的準確觀測。 1971 年，德國學者 EBlaschke 提出了交流電動機的磁場定向矢量控制理論，標志著交流調(diào)速理論 有了 重大突破。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。特別是 20 世紀 70 年代出現(xiàn)的矢量控制技術(shù)和 80 年代出現(xiàn)的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，使交流電 動機 調(diào)速系統(tǒng) 的 性能可以與直流電 動機 調(diào)速系統(tǒng) 的性能 相媲美。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設(shè)計）或與該論文（設(shè)計）直接相關(guān)的學術(shù)論文或成果時，單位署名為 。無論采用哪種方式，轉(zhuǎn)子磁鏈的準確檢測是實現(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。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變換引起的計算量大、控制結(jié)構(gòu)復雜、系統(tǒng)性能受電 動機 參數(shù)影響較大等缺點，系統(tǒng)的動靜態(tài)性能指標都十分優(yōu)越，是一種很有發(fā)展前途的交流調(diào)速方案。因為不同的電壓矢量在不同的瞬間對轉(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)當前轉(zhuǎn)矩和磁鏈的實時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)過程達到比較理想的狀態(tài)。近來人們設(shè)計了多種定子電阻觀測器來解決這個問題。 等人首次報道了無速度傳感器矢量控制的異步電動機調(diào)速系統(tǒng) 。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。 本章小結(jié) 本章介紹了交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展與應用，闡述了直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的優(yōu)點，并介紹了直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的發(fā)展。在討論交流異步電機的數(shù)學模型前假設(shè)電機有如下特性 : (l)電 動機 三相定、轉(zhuǎn)子繞組完全對稱。 在實際運行中，保持定子磁鏈的幅值為額定值，以便充分利用電機，而轉(zhuǎn)子磁鏈幅值由負載決定。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)。另一方面系統(tǒng)檢測三相定子電流和電壓，經(jīng)坐標變換轉(zhuǎn)化到靜止坐標系，由此計算電機的電磁轉(zhuǎn)矩 eT 、磁鏈幅值 e? 和磁鏈所在的扇區(qū) N。將測量得到實際轉(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)速和實際轉(zhuǎn)速的差值輸出給定轉(zhuǎn)矩 *eT 。而公式中的字母所代表的參數(shù)通常根據(jù)控制系統(tǒng)的實際情況進行整定。當 || s ????? 時， F? 不變，此時電安徽工程大學機電學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 壓矢量不變?？梢酝ㄟ^改變磁通角 ()t? 的大小來改變電動機轉(zhuǎn)矩的大小。如果需要 s? 作順時針旋轉(zhuǎn)，可選擇電壓矢量 2U 。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，實現(xiàn)了對磁鏈的相位和幅值的控制。 在實際運行中，保持定子磁鏈幅值為額定值，以充分利用電動機鐵心 。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。 雖然在現(xiàn)實工業(yè)生產(chǎn)中我們對異步電動機在中速（正常的運行速度）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。 四 .用符號比較器確定區(qū)段。高速范圍的調(diào)節(jié)方案有以下幾個特點 : 一 .用電動機模型檢測計算電動機磁鏈和轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩兩點式調(diào)節(jié)控制轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩的脈動頻率就是六邊形磁鏈軌跡形成的六倍定子頻率。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。 MATLAB的兩個顯著的特點，即強大的矩陣運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用最廣泛的首選計算機工具。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。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較大的復雜的應 用程序（ M 文件）后再一起運行。 （ 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，并且可以對圖形進行標注和打印。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。 case 1 sys=mdlDerivatives(t,x,u,Rs,Rr,Ls,Lr,Lm)。 = 0 = 5。 0]。 sys(2)=u(2)。 磁鏈幅值計算與區(qū)域判定可用 S 函數(shù)實現(xiàn)如下 : 安徽工程大學機電學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 Function[sys,x0,str,ts]=sector(t,x,u,flag) Switch flag Case 0, [sys,x0,str,ts] =mdllnitializesize Case 3, Sys=mdloutputs(u) 。 xo=[]。 end sys(l)=4*Sal+2*Sbl+Sel。 end fuion[sys， x0， str， ts〕 =mdllnitializesizes 5IZeS=SlmSIZeS。0 。 ts=[一 10] 。 sys(3)=Sc 。 圖 48 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的磁鏈軌跡 張偉：直接轉(zhuǎn)矩控 制的異步電機調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 30 圖 49 轉(zhuǎn)矩響應波形 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 安徽工程大學機電學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 圖 412 電 動 機相電壓波形 通過圖可以看出，采用直接轉(zhuǎn)矩控制時，電機運行平穩(wěn)，輸出轉(zhuǎn)矩脈動小，電機啟動快 ， 系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應都比較快。 隨著現(xiàn)代科技的進步在研究直接轉(zhuǎn)矩控制的時間加入現(xiàn)代的最新科技是提升生產(chǎn)力的必然選擇。在做畢業(yè)設(shè)計期間我遇到了很多缺點，專業(yè)知識掌握的還不是很牢，方俊初老師就給我悉心的指導，直到我能理解。 low losses switching losses are minimized because the transistors are switched only when it is needed to keep torque and flux within their hysteresis bands ? The step response has no overshoot ? No coordinate transforms are needed, all calculations are done in stationary coordinate system ? No separate modulator is ne