【正文】 控制系統(tǒng) MATLAB 設計 及仿真。交流調速控制系統(tǒng)。特別是 DSP 芯片在直接轉矩控制系統(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。 隨著 現(xiàn)代 科學 技術的不斷發(fā)展，直接轉矩控制技術必將有所突破。 5 總結 本文利用 MATLAB/SIMULINK 構建了一個直接轉矩控制系統(tǒng)，并進行了仿真研究。 而 轉速波形在此時有一個微小的波動， 34 然后迅速達到穩(wěn)定。實驗中可以看到轉矩經過一段時間的振蕩后達到了穩(wěn)定狀態(tài)。 圖 4－ 7 定子三相電流波形 從圖中可以看到，第一個波形為直接轉矩控制下的定子三相電流波形。從圖中看到線電壓 圖 45 電機輸入 AB 相之間的線電壓波形 圖 4－ 6 為定子磁鏈的軌跡圖，從圖中可以看出，系統(tǒng)啟動時，磁鏈的幅值增長迅速，很快達到了磁鏈給定值左右，然后在直接轉矩控制的策略下，隨加到電機定子側電壓矢量的不同，幅值被限制在了一個比 較小的容差范圍內，反應在圖中就是一個同心圓。電機模型的輸入為三相電壓，輸出為一個含有電機定轉子電流、電壓、磁通、電機轉速、電磁轉矩、轉子位置的向量。所示 ： 圖 42 定子磁鏈模塊內部結構圖 圖 43 轉矩磁鏈模型內部結構圖 (4) 輸出 PWM 信號子模塊 根據(jù)第二章的分析 可以知道， 當磁鏈、轉矩滯環(huán)比較器和扇區(qū)比較器的狀態(tài)輸入同時送入開關狀態(tài)器后，該控 制器發(fā)出開關信號經過逆變器產生三相正弦波供給電機 。 圖 41 轉速 PI 調節(jié)內部模塊 本模塊在傳統(tǒng)的 PI 調節(jié)器的基礎上，添加了一個限幅環(huán)節(jié)，如圖 41。 ode23db 是使用 TRBDF2 來實現(xiàn)的，即基于隱式 RungeKutta 公式，其第一級是梯形規(guī)則步長和第二極是二階反向微分公式，兩級計算使用相同的迭代矩陣。在國內也有越來越多的科學技術工作者參加到學習和倡導這門語言的行列中來。在控制界，很多知名學者都為其擅長的領域寫出工具箱，而其中很多工具箱已經成為該領域的標準。轉矩、磁鏈閉環(huán)控制所需要的反饋控制量由電機定子側轉矩、磁鏈觀測模型計算給出。利用磁鏈的 Bang－ Bang 控制切換電壓矢量的工作狀態(tài)，可使磁鏈軌跡按六邊形（或近似圓形）運動。反過來，定子電 壓空間矢量的選擇又取決于定子磁鏈空間矢量的運動軌跡。 式（ ）可用來作為異步電動機電磁轉矩的觀測模型來求取轉矩的觀測值。 28 圖 33 定子正交 αβ 坐標系 圖 34 異步電動機轉距觀測模型框圖 以定子磁鏈矢量Ψ s 為基準的優(yōu)越性是，在定子坐標系中計算定子磁鏈，受電機參數(shù)影響最小（只受定子電阻 Rs 的影響） ，而且定子電流可以直接測取。 Tei = Cm(Fs ╳ FΣ) = Cm Fs FΣsin ∠ (Fs， FΣ) = KmΨm is sin∠ （ Ψm， is） 由于 Ψm sin∠ （ Ψm， is） =Ψssin∠ （ Ψs， is） ，所以 Tei = KmΨsissin∠ （ Ψs， is） （ ） 式中， Km 為轉矩系數(shù)。在異步電動機定子坐標系中求的轉矩的控制量后，根據(jù) 閉環(huán)系統(tǒng)的構成原則，設置轉矩調節(jié)器，形成轉矩閉環(huán)控制系統(tǒng)，可獲得與矢量變換控制系統(tǒng)相接近的靜、動態(tài)調速性能指標。 在矢量變換控制系統(tǒng)中是借助于矢量旋轉坐標變換（定子靜止坐標系→空間 旋轉坐標系）把交流量轉化為直流控制量，然后再經過相反矢量旋轉坐標變換（空 26 間旋轉坐標系→定子靜止坐標系）把直流控制量變?yōu)槎ㄗ虞S系中可實現(xiàn)的交流控制量。 Tei = Cm(Fs ╳ Fr) = Cm Fs Frsin ∠ (Fs， Fr) = Cm(Fs ╳ FΣ ) = Cm Fs FΣ sin ∠ (Fs， FΣ ) = Cm(Fr ╳ FΣ ) = Cm Fr FΣ sin ∠ (Fr， FΣ ) （ ） 式中， Fs、 Fr、 FΣ 分別為矢量 Fs、 Fr、 FΣ 的模；∠（ Fs、 Fr） 、∠（ Fs、FΣ ） 、∠（ Fr、 FΣ ）分別是矢量 Fs 和 Fr、 Fs 和 FΣ 、 Fr 和 FΣ 之間的夾角。 磁鏈模型 ? ?dtiRu sSss ? ? ??????? ＝ 轉矩模型 ? ????? ?? sssspe iinT ?? 直接轉矩控制的基本思想 任何電動機，無論是直流電動機還是交流電動機，都由定子和轉子兩部分組成。 3 直接轉矩控制的基本原理 及方案 直接轉矩控制的原理 25 圖 31 直接轉矩控制系統(tǒng)原理框圖 直接轉矩控制的結構原理如圖 31 所示 ,它由逆變器、 磁鏈估算、 轉矩估算、 磁鏈位置估算、 開關表和調節(jié)器等部分組成。 (3) 利用現(xiàn)有條件結合硬軟件系統(tǒng)合理搭建實驗平臺，完成系統(tǒng)仿真及結果分析。 (1) 對直接轉矩控制理論進行了深入研究，充分總結了前人對該控制理論所提出的各種優(yōu)化措施及方案。此外，直接轉矩控制通過直接輸出轉矩和定子磁鏈的偏差來確定電壓矢量，與以前的調速理論相比，它具有控制直接、計算過程十分簡化的優(yōu)點。直接轉矩控制是用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標系下計算與控制交流電動機轉矩。容差的大小由頻率調節(jié)器來控制 ,并產生 PWM 脈寬調制信號 ,直接對逆變器的開關狀態(tài)進行控制 ,以獲得高動態(tài)性能的轉矩輸出?？傊?Simulink 軟件來建模仿真是非常方便的。 直接轉矩控制在異步電動機調速系統(tǒng)中的應用已經比較成熟 ， 但在永磁同步電動機 （ PMSM） 伺服控制系統(tǒng)中的應用研究相對滯后。直接轉矩控制技術自誕生起就以其新穎的控制思想，簡潔明了的系統(tǒng)結構，優(yōu)良的靜、動態(tài)性能受到了普遍的注意和得到迅速的發(fā)展。 仿真模型 ABSTRACT In this paper ,the basic principle of Direct T orque Control is introduced. Then the simulation model of the direct torque control system based on SimulinkP S function is deduced in the static? ?reference frame ,and the modules of the simulation model are introduced in detail . The dynamic simulating model of Direct Self Control of Inductioon Motor is founded in this the simulation research about hexagon flux trace and ring flux trace to DSCsystem,the result shows that the Simulation Model is a effective tool to the study of DSC system. Key words:direct selfcontrol。 21 第二部分 直接轉矩控制的建模與仿真 摘 要 直接轉矩控制系統(tǒng)的仿真對于研究直接轉矩控制是非常重要的 .本文首先介紹了直接轉矩控制的基本原理和工作過程 .然后在靜止??參考坐標系下 ,推導出了基于 Simulink/ S 函數(shù)的感應電機直接轉矩控制系統(tǒng)的仿真模型 ,用 MATLAB/SIMULINK 建立了異步電動機直接轉矩控制動態(tài)仿真模型 ,同時對直接轉拒控制系統(tǒng)六邊形磁鏈和圓形磁樁軌跡運行了仿真研究。 本設計采用采用了 MCS51系列中的 8031 單片機，在此單片機控制的直流調速系統(tǒng)中，速度給定、速度反饋和電流反饋信號是通過模擬光電隔離器、 A/D轉換器送入計算機，計算機按照已定的控制算法計算產生脈沖，經并 行口、數(shù)字光電隔離器、功率放大器送到晶閘管的控制級，以控制晶閘管輸出整流電壓的大小，平穩(wěn)的調節(jié)電動機的速度。轉速超調后， ASR 輸入端出現(xiàn)負偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，進入線性調節(jié)階段，使轉速保持恒定，實際仿真結果基本上反映了這一點。 圖 8 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的電流和轉速曲線 20 啟動過程的第一階段是電流上升階段，突加給定電 壓， ASR 的輸入很大，其輸出很快達到限幅值，電流也很快上升，接近其最大值。 Ce=,Tm=. 19 )1(n?????? men TChK 系統(tǒng)仿真結果的輸出及結果分析面分析一下仿真的結果。 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設置 轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的主電路模型主要由交流電源、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管直流橋、平波電抗器、直流電動機等部分組成。讓電流截止環(huán)節(jié)起作用，此時 LA100S 的輸出電流為 NI /1000= ，輸出電壓為 47 =，再考慮一定的余量，可選用 1N4240A 型的穩(wěn)壓管作為比較電壓，其額定值為 10V。 表 51 ZYS14A 型永磁直流測速發(fā)電機 型號 最大功率 w 最高電壓 V 最大工作電流 A 最高轉速 r/min ZYS14A 12 120 100 3000 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 4 D e c 20 0 8 S he e t o f F i l e : D : \學習文件 \ p r ot e l \ M yD e s i gn 1 .d db D r a w n B y :K O 11 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 4 D e c 20 0 8 S he e t o f F i l e : D : \學習文件 \ p r ot e l \ M yD e s i gn 1 .d db D r a w n B y :7 81 5 + 15 V 17 取負載電阻 GR =2 ?K ,P=2W 的電位器，測速發(fā)電機與主電動機同軸連接。為此給定電壓與觸發(fā)器共用一個 15V 的直流電源， 用一個 ?K 、 1W 的電位器引出給定電壓。故 ? ? ? ?sKsW iiiACR ?? 1??= ? ?s ??，其結構圖如下所示： 圖 4 電流調節(jié)器 （ 5）計算調節(jié)器電阻和電容： 取 0R =40?k ，則 ?????? kRKR nn 6 1 9404 8 ，取 3700?k 。 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件： 13 1 ???? sTs ciW ，滿足條件。 觸發(fā)器的電路圖如下圖 3所示 ： 13 圖 3 集成六脈沖觸發(fā)電路 123456ABCD654321D C B ATitleNumberRevisionSizeBDate:25De