【正文】 如它像VB一樣可以設計出漂亮的用戶接口，同時因為它還具有最豐富的函數(shù)庫，極易實現(xiàn)計算功能。另外 MATLAB和其他高級語言也具有良好的接口，可以很方便地與其他語言實現(xiàn)混合編程，這都進一步拓寬了它的應用范圍和 使用領域。 在美國的一些大學里， MATLAB軟件正成為對數(shù)值，線性代數(shù)以及其他一些高等應用數(shù)學課程的輔助教學的有力工具；在工程技術界， MATLAB也被用來構建與分析一些實際課程的數(shù)學模型，其典型的應用包括數(shù)值計算，算法預測與驗證，以及一些特殊矩陣的計算應用，如自動控制理論，統(tǒng)計，數(shù)字信號處理，圖像處理，系統(tǒng)辨識和神經(jīng)網(wǎng)絡等。它包括了被稱為工具箱的各類應用問題的解求工具。工具箱實際上是對 MATLAB軟件進行擴展應用的一系列 MATLAB函數(shù)，它可以用來求解許多科學門類數(shù)據(jù)處理與分析問題 。 直接轉(zhuǎn)矩控制系 統(tǒng)的 Matlab／ Simulink 仿真 根據(jù)前面所述，在 Matlab／ Simulink 環(huán)境下建立了傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制的仿真模三相異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制研究 25 型。模型中包括三相交流異步電機模型、逆變器模塊、整流模塊以及最重要的控制算法模型。在控制算法模型中，主要包括磁鏈和轉(zhuǎn)矩計算模塊、磁鏈和計算控制模塊、區(qū)間選擇模塊以及開關表選擇模塊等。 系統(tǒng)的仿真模型如圖 所示。 圖 異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真模型 電機模型主要參數(shù)： PN=， UN=460V， fN=60Hz， RS= ， J=m2 速度 PI 模塊系數(shù)： kp=30， ki=200 仿真結(jié)果如 和圖 所示。圖 表示的是定子磁鏈在兩相靜止坐標系下的形狀，可以看到，直接轉(zhuǎn)矩控制通過磁鏈的閉環(huán)控制，使定子磁鏈矢量的矢頭保持圓形的運動軌跡 ，保持了定子磁鏈的幅值在給定值 附近。 圖 經(jīng)典直接轉(zhuǎn)矩控制定子磁鏈波形 圖 表示的是定子電流、轉(zhuǎn)速以及電磁轉(zhuǎn)矩的波形。對于轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩，黃三相異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制研究 26 色的表示實際值，紫色的表示給定值。通過圖 可以看出，經(jīng)典的直接轉(zhuǎn)矩控制能夠保證轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩有根好的動態(tài)性能，能在短時間內(nèi)跟髓給定值變化，并 保證輸出電流波形保持正弦。 但是，從圖 和圖 也要看到，經(jīng)典的直接轉(zhuǎn)矩控制算法下定子磁鏈幅值和電磁轉(zhuǎn)矩相對于給定值的脈動仍然比較大，電流波形不夠圓滑。 圖 定子電流、轉(zhuǎn)速以及電磁轉(zhuǎn)矩的波形 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的性能優(yōu)缺點分析 根據(jù)上一節(jié)的仿真結(jié)果以及前面章節(jié)的理論分析，可以很清楚地看到，與矢量控制以及 V/F 控制等方法相比，直接轉(zhuǎn)矩控制方法是一種完全不同的控制算法，具有以下三個明顯的優(yōu)點： (1)算法理論簡單明了，不需要復雜的坐標變換和數(shù)學計算，對電機參數(shù)依賴非常小，僅僅需要定子電阻 這一很容易得到的參數(shù)。 (2)DTC 算法直接對定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩進行控制，并采用了轉(zhuǎn)矩和磁鏈雙閉環(huán)的控制策略，可以使得被控制量快速準確地跟隨給定值變化，動態(tài)性能良好。 (3)總體控制結(jié)構非常簡單，僅僅需要簡單的 PI 調(diào)節(jié)器和滯環(huán)比較器；此外，由于采用了空間電壓矢量的概念，直接通過數(shù)字量控制逆變器的通斷，使得控制大大簡化，非常有利于 DSP 實現(xiàn)。 當然，作為一種在近年來才逐步發(fā)展起來的控制方法，直接轉(zhuǎn)矩控制自身還存三相異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制研究 27 在很多問題，具體表現(xiàn)在下面三個方面： (1)由于在控制過程中只考慮了轉(zhuǎn)矩和磁鏈誤差的方向性，而忽略了 誤差的大小，這經(jīng)常導致在控制過程中誤差超過滯環(huán)比較的帶寬，從而使實際的轉(zhuǎn)矩和磁鏈產(chǎn)生較大的脈動，影響實際性能。 (2)由于采取根據(jù)控制信號選取開關表控制逆變器開關的方法，必然導致逆變器的開關頻率不能固定，變化較大，導致電流脈動大且會影響逆變器的使用壽命。 (3)在定子磁鏈觀測時采用了 UI 模型，導致在低速運行區(qū)間，由于死區(qū)效應、定子電阻壓降以及采樣噪聲的影響，使得定子磁鏈觀測結(jié)果產(chǎn)生較大偏差，嚴重影響直接轉(zhuǎn)矩控制在低速區(qū)間的控制性能。 上述三個問題是影響直接轉(zhuǎn)矩控制大范圍應用的主要問題，也是直接轉(zhuǎn)矩 控制研 究中的熱點和難點問題。 改進方案主要有 四 個 ： （ 1） 使用改進的開關表，改進控制參數(shù)與開關量之間的對應關系，使之產(chǎn)生更優(yōu)的控制電壓波形。（ 2）以 PWM 和 SVM 技術實現(xiàn) DTC 固定開關頻率運行方案。（ 3）引入模糊控制和智能控制，用軟件來解決轉(zhuǎn)矩脈動問題。（ 4）磁通軌跡改善。采用矢量細分法，消除所選矢量在某些區(qū)域的不對稱作用而使磁通的軌跡得到改善，并且在磁通旋轉(zhuǎn)速度上也提高了對稱性，消除了電流的畸變。 本章小結(jié) 本章通過使用 MATLAB/SIMULINK 仿真工具，根據(jù)直接轉(zhuǎn)矩控制原理，搭建了異步動機的仿 真模型，并得到了仿真結(jié)果。并對仿真結(jié)果進行分析，分析得出直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的優(yōu)點及其缺點。 三相異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制研究 28 結(jié)論 異步電動機是一個多變量 (多輸入多輸出 )系統(tǒng)，而電壓、電流、頻率、磁通、轉(zhuǎn)速之間又互相都有影響，而且其數(shù)學模型也是非線性的，所以是強藕合、非線性的多變量系統(tǒng)。為了避開對磁鏈和轉(zhuǎn)矩分量解藕的繁瑣運算，更好地提高系統(tǒng)動態(tài)性能，出現(xiàn)了利用轉(zhuǎn)矩反饋控制電機的直接轉(zhuǎn)矩控制。 本 文 首先建立了三相交流異步電機的數(shù)學模型，然后通過 3/2 變換得到了在兩相靜止坐標系上電機的數(shù)學模型。接下來，本文根據(jù)逆變器的拓撲結(jié)構，引出 了空間矢量的概念，介紹了 8 個基本的空間電壓矢量，并詳細介紹了基本空間電壓矢量對電機磁鏈和轉(zhuǎn)矩的影響作用。最后，在上述理論的基礎上，詳細介紹了經(jīng)典直接轉(zhuǎn)矩控制算法的原理和系統(tǒng)框架，并在 Matlab/Simulink 中建立了系統(tǒng)的仿真模型，進行了帶載調(diào)速仿真，觀測了定子磁鏈、定子電流、電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速以及母線電壓等重要物理量 ， 然后指出了經(jīng)典的直接轉(zhuǎn)矩控制存在的三個主要問題：磁鏈、轉(zhuǎn)矩和電流脈動大；開關頻率不固定；低速性能不佳。 經(jīng) 研究 還 得出結(jié)論如下 : ，理論清晰，動態(tài)性能優(yōu)良，響 應迅速。 ，大大提高了系統(tǒng)魯棒性。但是在低速時為了準確計算磁鏈采用的 in 模型需要受到轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響。 3. MATLAB/SIMULINK 強大的計算功能和繪圖能力非常適合控制系統(tǒng)的建模與仿真，尤其 S 一函數(shù)編寫的靈活性和通俗性為電力拖動系統(tǒng)的計算機輔助設計提供了有力的技術支持。 受本人研究水平和研究時間的限制，對于直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，本文還有很多工作尚未完成，許多問題有待進一步研究，下一步工作可以從以下幾個方面展開 : 平臺已經(jīng)搭建，但由于時間倉促，只進行了控制算法和控制信號的調(diào)試，今后應對控制系統(tǒng)的軟硬件進一步完善，實現(xiàn)系統(tǒng)功能。 ，將其引入直接轉(zhuǎn)矩控制可以大大簡化硬件設計，實際應用前景廣闊。今后可以對無速度傳感器的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)加以研究。 隨著現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展，直接轉(zhuǎn)矩控制技術必將有所突破?，F(xiàn)代控制理論和智能控制理論應用于 DTC 技術，為改進 DTC 系統(tǒng)提供了堅實的理論依據(jù)；同時高性能的數(shù)字處理器（ DSP）的出現(xiàn)，為改進 DTC 系統(tǒng)提供了強大的物質(zhì)基礎。三相異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制研究 29 尤其是目前數(shù) 字化潮流勢不可擋，各行各業(yè)都向數(shù)字化靠攏。如智能 IPM 整合了 DSP控制器，將電機控制的大部分電路集成到標準封裝的模塊中，集成了 IGBT 模塊，IGBT 驅(qū)動電路、電壓電流反饋、保護模塊和 DSP 控制模塊，使得控制結(jié)構愈發(fā)簡單，控制性能與控制精度、響應速度均得到提高。特別是 DSP 芯片在直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中的應用為解決低速區(qū)的問題提供了可能，因為只要實現(xiàn)了對定子電阻的準確辨識，就能從根本上消除定子電流和磁鏈畸變，問題也就迎刃而解。而全數(shù)字化的實現(xiàn)，將使采樣精度更高，誤差率更小，更易于實現(xiàn)最優(yōu)控制。因此利用現(xiàn)代控制理論、 人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡理論，將之應用于直接轉(zhuǎn)矩控制技術的研究，從軟件著手改進系統(tǒng)將是這種新技術的發(fā)展方向。 DSP 器件的進一步發(fā)展也為 DTC 技術難題突破提供了可能。隨著控制性能的不斷提高，直接轉(zhuǎn)矩控制在傳動領域會有更廣闊的應用前景。 三相異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制研究 30 謝辭 轉(zhuǎn)眼之間，四年的大學生活接近了尾聲，當埋頭于畢業(yè)論文的設計時，隨著論文的尾聲將至，一種傷感 悄 然來臨。 畢業(yè)論文是大學學習生活的最后一個任務，四年學習能力的一個全面的總結(jié)，當這個漫長的作業(yè)接近尾聲時，我才感受到對母校的老師還有同學的一種深深的 眷戀和感謝。 “ 厚德 篤學 崇實 尚新 ”，是我們的校訓，此時已深深的印刻到我的心里，相信它也將影響和指引我以后的生活，至此第一聲感謝說給我的母校 —— 合肥工業(yè)大學 。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意 ！最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們 ！ 本論文的所有研究工作從論文的選題、中期實驗 到論文的寫作等階段都是在 王曉晨老師 指導下完成的。 他 在我學習期間在學術和生活等方面的給予了無微不至的關懷和指導。 王曉晨 導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、淵博的學術知識、誨人不倦的敬業(yè)精神以及寬容的待人風范使 我 獲益頗多。謹向 王曉晨 導師致以最衷心的感謝 ！ 三相異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制研究 31 [參考文獻 ] [1] 韓安太 ,劉峙飛 ,黃海 .DSP 控制器原理及其在運動控制系統(tǒng)中的應用 [M].清華大學出版社 ,. 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