【正文】 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(dǎo)，直到我能理解。 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(yīng)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(xué)機電學(xué)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(yīng)都比較快。 ts=[一 10] 。 end fuion[sys， x0， str， ts〕 =mdllnitializesizes 5IZeS=SlmSIZeS。 xo=[]。 sys(2)=u(2)。 = 0 = 5。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。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(fù)雜的應(yīng) 用程序（ M 文件）后再一起運行。 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(yīng)用最廣泛的首選計算機工具。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。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。 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。 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 。如果需要 s? 作順時針旋轉(zhuǎn)，可選擇電壓矢量 2U 。當(dāng) || s ????? 時， F? 不變，此時電安徽工程大學(xué)機電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 壓矢量不變。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 。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(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) ―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)。在討論交流異步電機的數(shù)學(xué)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。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。近來人們設(shè)計了多種定子電阻觀測器來解決這個問題。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(biāo)變換引起的計算量大、控制結(jié)構(gòu)復(fù)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(biāo)都十分優(yōu)越，是一種很有發(fā)展前途的交流調(diào)速方案。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(xué)術(shù)論文或成果時，單位署名為 。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。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(zhǔn)確觀測。 (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。目前，我國學(xué)者胡育文等也在 其文章中提出了新型自適應(yīng)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(yīng)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)。直接轉(zhuǎn)矩控制針對電 動機 的核心變量作直接控制。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(dāng) a 相上橋臂導(dǎo)通時，記作 aS =1， 當(dāng) a 相上橋臂關(guān)斷時，記作 aS =0。 (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 。磁鏈誤差為*| | | |s s s? ? ????，將誤差進行滯環(huán)比較，當(dāng)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)。圖 34 為圓形磁鏈運動軌跡調(diào)節(jié)過程示意圖。 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。但是，此時的空間電壓矢量是旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的，還需疊加磁鏈旋轉(zhuǎn)角度，將其轉(zhuǎn)換成靜止坐標(biāo)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。 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(xué)機電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 好的控制結(jié)果。逆變器的電壓波形與普通電壓型逆變器時一樣。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。這些工具箱就是專業(yè)部分。另外， MATLAB 網(wǎng)頁服務(wù)程序還容許在 Web應(yīng)用中使用自己的 MATLAB 數(shù)學(xué)和圖形程序。, num2str (flag)])。 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。 =2: =1。 case 3， sys=md1outputs(t， x， u) 。 sys=simsizes(sizes) 。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。如今大學(xué)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。 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。 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。 Sa=KSa(KUs) 。 =3 。 faiel=u(l)。 sys(5)=3 *Lm*(x(2)*x(3)x(1)* x(4))。 = 1。 Simulink 創(chuàng)建的模型具有遞階的結(jié)構(gòu)，用戶可以自上而下或自下而上的建立模型。 （ 3）應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱 MATLAB 對許多專門的領(lǐng)域都開發(fā)了功能強大的模塊集和工具箱。 MATLAB 語言的特點： ，它可以有 nm個元素，每個元素都看作是復(fù)數(shù)，各種運算對矩陣和復(fù)數(shù)都有效。 三 .六邊形磁鏈軌跡。 三 .轉(zhuǎn)矩兩點式調(diào)節(jié)。在這個范圍內(nèi)，由于存在轉(zhuǎn)速低 (包括零轉(zhuǎn)速 )、定子電壓影響大等特點，會造成 :如磁鏈波形畸變，在低定子頻率乃至零頻時保持轉(zhuǎn)矩和磁鏈基本不變等問題。在直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)中，其基本控制方法就是通過電壓空間矢量 ()tSu 來控制定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度，達到控制定子磁鏈的目的，從而控制改變定子磁鏈的平均旋轉(zhuǎn)速度 s? 的大小，從而改變磁通角 ?（ t） 的大小，達到控制電動機轉(zhuǎn)矩的目的，如圖 36 所示 ?? (0 1 0 )Su ()1s t?()2s t?()2r t? ()1r t? 1t（ ）2t?（ ） 圖 36 電壓空間矢量對電機轉(zhuǎn)矩的影響 1t 時刻的定子磁鏈 1()st? 和轉(zhuǎn)子磁鏈 1()rt? 及磁通角 1()t? 的位置如圖 36。如果需要s? 作順時針旋轉(zhuǎn)時，可選擇電壓矢量 6U 或 1U 。 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器的任務(wù)是實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的直接控制。 下面簡要地分析一下這些基本組成部分。 ( 010)SU (110 )SU( 011 )SU (100 )SU( 001 )SU (10 1 )SU?123 456000111b 圖 23 電壓空間矢量在坐標(biāo)系里的離散位置 本章小結(jié) 本章介紹了異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的原理，并闡述了通過調(diào)節(jié)空間電壓矢量的方法來控制異步電動機的運行。 (4)鐵心渦流、飽和及磁滯損耗忽略不計。 為了得到高動態(tài)性能的轉(zhuǎn)矩特性，還應(yīng)使定子磁鏈的平均值盡可能為恒定值，這就需要對最初提出的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)進行改進，最為理想的情況當(dāng)然是采用三相正弦波給感應(yīng)電動機供電，定子磁鏈軌跡為圓形，諧波、噪音及轉(zhuǎn)矩脈動最 小，這需要增加開關(guān)數(shù)量及其切換頻率。定子電阻初值與變化值相加就是控制中的定子電阻。 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與展望 十幾年來，在國內(nèi)外直接轉(zhuǎn)矩控制不斷得到發(fā)展和完善，許多文章從不同的角度提出了新的見解和方法，特別是隨著各種智能控制理論的引入， 又涌現(xiàn)出了許多基于模糊控制和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的 DTC 系統(tǒng)，控制性能得到了進一步的改善和提高。傳統(tǒng)的變頻調(diào)速方式是采用 v/f 控制。 在 交流電動機控制技術(shù) 中 調(diào)壓調(diào)頻控制、矢量控制以及直接轉(zhuǎn)矩控制（ Direct Torque Control 簡稱 DTC） 具有代表性 。 直接法就是通過在電動機內(nèi)部埋設(shè)感應(yīng)線圈以檢測電 動機的 磁鏈，這種方式會使簡單的交流電 動機 結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，降低了系統(tǒng)的可靠性，磁鏈的檢 測精度也不能得到長期的保證。磁鏈調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器在結(jié)構(gòu)上相同。1987 年， Tamaishinzo 采用模型參考自適應(yīng) (MARS) 的方法實現(xiàn)了對電動機轉(zhuǎn)速的自適應(yīng)辯識。矢量控制技術(shù)模仿直流電 動機 的控制方法，以轉(zhuǎn)子磁場定向，用矢量變換的方法，實現(xiàn)了對交流電動機的轉(zhuǎn)速和磁鏈控制的完全 控制 。 逆變器的數(shù)學(xué)模型與電壓空間矢量 逆變器如圖 22 所示，每一組的上下兩個開關(guān)器件的狀態(tài)相反，這樣逆變器共有 8種開關(guān)狀態(tài)組合。開關(guān)狀態(tài)選擇器根據(jù)不同的扇區(qū)、轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制信號確定下一個時刻逆變器的開關(guān)狀態(tài)，從而確定電機的端電壓，保證電機在定子磁通不變情況下轉(zhuǎn)矩滿足負載的要求。由此可知控制異步電機的輸入電壓矢量，就可以控制定子磁鏈的大小、旋轉(zhuǎn)方向和速度。 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律為 : s? 逆時針 旋轉(zhuǎn)時： 若 *ee TTT? ??時，則 1tF? ； 若 * 0eeTT??時，則 0tF? ； 若 *0 ee TTT? ? ? ?時，則 tF 保持不變。 (2)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 ? 的絕對值大于 90 度的時候，作用的結(jié)果使磁鏈幅值減小。 張偉：直接轉(zhuǎn)矩控 制的異步電機調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 18 空間電壓矢量開關(guān)信號的選擇 對應(yīng)于磁鏈和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)的兩種形式，空間電壓矢量開關(guān)信號的選擇也有兩種形式。 六 .圓形磁鏈軌跡與六邊形磁鏈軌跡，圓形磁鏈軌跡用于 15%額定轉(zhuǎn)速以下范圍，六邊形磁鏈軌跡用于 15%30%額定轉(zhuǎn)速的范圍。 弱磁范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)方案 弱磁范圍的工作特點與基速以下時有很多不同。轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器的輸出一直為 ―1‖態(tài)，電壓為全工作電壓控制，不出現(xiàn)零電壓狀態(tài)。 ，可擴展性強 MATLAB 軟件包括基本部分和專業(yè)部分?？捎糜诳茖W(xué)計算和工程繪圖。 case {1, 2, 4, 9 } sys= []。 ts=[1 0]。 end function [sys,x0,str,ts]=mdllnitializeSizes sizes=simsizes =0。 逆變器開關(guān)狀態(tài)選擇模塊 由可控電壓源實現(xiàn)的簡單模型，可以極大的提高系統(tǒng)仿真速度。3 。轉(zhuǎn)動慣量為 相信在不久的將來直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)必將占據(jù)交流電機控制的主導(dǎo)地位。 張偉：直接轉(zhuǎn)矩控 制的異步電機調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 34 參考文獻 [1] 陳伯時．電力拖動自動控制系統(tǒng) [M]．北京：機械工業(yè)出版社， 20xx [2] 陳伯時 .電氣傳動系統(tǒng)的智能控制 [J].電氣傳動 1997(1) [3] 竇汝振 ,許鎮(zhèn)琳 .預(yù)測控制在異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究 [J].電氣自動化 20xx(5) [4]關(guān)麗敏 異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真研究 [D] 遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士論文， 20xx [5] 何志國．交流異步電動機直接轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)研究與實踐 [D]．大連理工大學(xué)碩士論文， 20xx [6] 韓安太，劉峙飛，黃海． DSP 控制器原理及其在運動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 [M].北京：清華大學(xué)出版社， 20xx. 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