【正文】 異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真模型總體結(jié)構(gòu)圖如圖 236 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 07VV s? ? ? ? ? ? ? 0 eT ? ? ? ? ? ? ? 例如，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在圖 214 中扇區(qū) s(2)的 B 點(diǎn)，此時(shí)磁鏈過高，轉(zhuǎn)低，即SH?=1，HTe =1，由此查表 21，可知 下一步電壓矢量 4V 將作用變器，即產(chǎn)生軌跡 BC 段。 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? 采用模塊化的方法構(gòu)建的異步電動(dòng)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。sdi , 39。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(duì)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 pn —— 電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)； (4)運(yùn)動(dòng)方程 eL pjdTT n dt??? (28) 式中 LT —— 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ? —— 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 J —— 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 以上構(gòu)成異步電動(dòng)機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。 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(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理 異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型 認(rèn)真研究異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，是實(shí)現(xiàn)高性能的異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的保證。由于異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速與其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速有一定的轉(zhuǎn)差關(guān)系，其調(diào)速性能較差，對(duì)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。 (2)使用場(chǎng)合受到限制，在易燃易爆以及環(huán)境惡劣的地方不能采用。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(dòng)在節(jié)能減耗方面的優(yōu)勢(shì)，交流拖動(dòng)在異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)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(dòng)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。針對(duì)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。 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。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(dòng)和轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)誤差。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(chǎng)定向控制）、直接轉(zhuǎn)矩控制和自適應(yīng)控制等。 (3)由于直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)因素使單機(jī)容量及轉(zhuǎn)速受到限制。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。異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型和直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)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)。這種模型又稱為 Kron的異步電動(dòng)機(jī)方程式或雙軸原型電機(jī)（ Two Axis Primitive Machine）基本方程式。sqi , 39。 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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(duì)數(shù) 2np? ，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 N m??。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。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。 圖 236 異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真模型總體結(jié)構(gòu)圖 整個(gè)仿真模型由以下模塊構(gòu)成： Subsystem1 表示異步電動(dòng)機(jī) Subsystem2 和Subsystem3 表示定子磁鏈估計(jì)模塊； Subsysteml4 表示定子磁鏈控制器模塊，Subsystem5 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。三者之間的關(guān)系見下表： 表 24 定子磁鏈所在扇區(qū)判別表 sa? s?? S 0sa? ? 22sss??????? ? ? 1 2ss? ???? 2 2ss? ????? 6 0sa? ? 22sss??????? ? ? 4 2ss? ???? 3 2ss? ????? 5 模塊輸入為定子磁鏈的兩個(gè)分量 sa? 、 s?? ，輸出 為定子磁鏈所在扇區(qū) S。 0～ 為電機(jī)啟動(dòng)過程， 以后，進(jìn)入直接轉(zhuǎn)矩控制方式，給定定子磁值為，定子磁鏈滯環(huán)比較器帶寬為 ～ 。 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 總結(jié)與展望 此設(shè)計(jì)首先分析了異步電動(dòng)機(jī)在兩相任意速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系、兩相靜止坐標(biāo)系和兩相同步坐標(biāo)系三種不同坐標(biāo)系下的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，并就異步電動(dòng)機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型在 Matlab 仿真環(huán)境下進(jìn)行了仿真后分析了異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理，介紹了異步電動(dòng)機(jī)定子磁鏈估計(jì)的電壓 電流模型、電流 轉(zhuǎn)速模型和電壓 轉(zhuǎn)速模型 3 種基本模型，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了定子磁鏈估計(jì)的加權(quán)模型，并就上述 4 種模型在 Matlab 仿真環(huán)境下進(jìn)行了仿真驗(yàn)證；分析了電壓 空間矢量對(duì)定子磁鏈幅值和電磁轉(zhuǎn)矩的影響，在分析對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩影響時(shí)，考慮了定子磁鏈幅值的變化；最后就異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)在 Matlab 仿真環(huán)境下進(jìn)證。盡我所知，除文中已經(jīng)特別注明引用的內(nèi)容和。 在傳統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制中，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)過大、逆變器開關(guān)頻率不恒定、電機(jī)全速運(yùn)行范圍內(nèi)定子磁鏈的準(zhǔn)確估計(jì)等問題，在很大程度上限制了直接轉(zhuǎn)矩控制在交流調(diào)速運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用。 ～ ，給定電磁轉(zhuǎn)矩幅值為 20N 圖 239 定子磁鏈所在扇區(qū)判別模塊框圖 1 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 239 定子磁鏈所在扇區(qū)判別模塊框圖 2 該模塊通過邏輯值 1(二進(jìn)制 )邏輯值 2(二進(jìn)制 )真實(shí)值 (十進(jìn)制 )之間的轉(zhuǎn)換，最后得出定子磁鏈所在的扇區(qū)。下面逐一介紹每一模塊仿真模型的建立。 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 以上詳細(xì)討論了在三相靜止坐標(biāo)系下異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩 控制的基本原理，因?yàn)?三相 兩相變換不改變轉(zhuǎn)矩的計(jì)算方法和控制方法，所以在兩相靜止坐標(biāo)系下同樣適用。圖 211 中的信號(hào)計(jì)算模塊根據(jù)電機(jī)端電壓和電流信號(hào)計(jì)算出磁鏈和轉(zhuǎn)矩反饋信號(hào)，還計(jì)算出定子磁鏈?zhǔn)噶?s? 所在的扇區(qū) S(k)。分別對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為零和負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 10n ? m 兩種情形對(duì)恒電壓 作用下電機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果如圖 27，圖 28，圖 29，圖 210 所示。rqi —— d’q’ 坐標(biāo)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 39。39。這樣，電機(jī)繞組就等效成圖 ２ １ 所示的三相異步電動(dòng)機(jī)的物理模型。所謂向量控制，就是將交流電動(dòng)機(jī)模擬成直流電動(dòng)機(jī)來控制，通過坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)電機(jī)定子電流的勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量的解耦，然后分別獨(dú)立控制，從而獲得高性能的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速回應(yīng)特性。