【正文】 最后，向評(píng)審本文的各位老師致意 ! 33 參考文獻(xiàn) [1] 韓安太 ,劉峙飛 ,黃海 .DSP 控制器原理及其在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 [M].清華大學(xué)出版社 ,. [2] 蘇奎峰 ,呂強(qiáng) ,耿慶峰 .TMS320F2812 原理與開發(fā) [M].電子工業(yè)出版社 ,. [3] 葉錦嬌 .基于十二電壓矢量的異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的仿真研究 [D].遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士論文 ,2021. [4] 王偉 ,金新民 ,童亦斌 .基于空間矢量調(diào)制的感應(yīng)電機(jī)直 接轉(zhuǎn)矩控制 [J].電力機(jī)車與城軌車輛， 2021. 28(4): 22. [5] 陳伯時(shí) . 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) (第 3 版 )[M]. 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 ,. [6] Badii Bouzidi, Abderrazak Yangui, Abdessattar guermazi and Ahmed Masmoudi. DTC Based Position Control Induction Motor A Comparison Between Different Strategies. IEEE Traps ,6. [7] 王成元 ,電機(jī)現(xiàn)代控制技術(shù) [M],北京 機(jī)械工業(yè)出版社 ,. [8] 吳守箴 ,臧英杰 . 電氣傳動(dòng)的脈寬調(diào)制控制技術(shù) [M].北京 機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021. [9] 馬小亮 . 大功率交－直－交變頻調(diào)速及矢量控制技術(shù) (第二版 )[M].北京 機(jī)械工業(yè)出版社 ,1996. [10] 洪乃剛 . 電力電子和電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的 MATLAB 仿真 [M].機(jī)械工業(yè)出版社 [11] 李夙 ,異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 [M],北京 機(jī)械工業(yè)出版社 ,— 14. 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MATLAB/SIMULINK 強(qiáng)大的計(jì)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(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)提供了有力的技術(shù)支持。 ，大大提高了系統(tǒng)魯棒性。為了避開對(duì)磁鏈和轉(zhuǎn)矩分量解藕的繁瑣運(yùn)算，更好地提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能，出現(xiàn) 了利用轉(zhuǎn)矩反饋控制電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制。并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，分析得出直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)及其缺點(diǎn)。 上述三個(gè)問題是影響直接轉(zhuǎn)矩控 制大范圍應(yīng)用的主要問題，也是直接轉(zhuǎn)矩控制研究中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。 (2)由于采取根據(jù)控制信號(hào)選取開關(guān)表控制逆變器開關(guān)的方法，必然導(dǎo)致逆變器的開關(guān)頻率不能固定，變化較大，導(dǎo)致電流脈動(dòng)大且會(huì)影響逆變器的使用壽命。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(shí)現(xiàn)。 (2) DTC 算法直接對(duì)定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)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(zhǔn)確地跟隨給定值變化，動(dòng)態(tài)性能良好。但是，從圖 中也要看到，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(duì)于給定值的脈動(dòng)仍然比較大，電流波形不夠圓滑。 圖 轉(zhuǎn)矩 電磁 轉(zhuǎn)矩的實(shí)際值能夠跟上給定值的變化。 圖 定子電流 定子電流在初始的波動(dòng)后，逐漸呈現(xiàn)為正弦波形。在控制算法模型中，主要包括磁鏈和轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊、磁鏈和 計(jì)算控制模塊、區(qū)間選擇模塊以及開關(guān)表選擇模塊等。 圖 異步電 動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真模型 電機(jī)模型主要參數(shù) : NP = KVA NU =460V Nf =60 Hz SR = J= 2?m 速度 PI 模塊系數(shù) : pk =30 ik =200 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 模型。然后利用 SIMULINK 中的基本模塊分別構(gòu)建各個(gè)子系統(tǒng)，通過封裝技術(shù)將它們封裝起來 :最后把各個(gè)子模塊連接起來，構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的仿真模型網(wǎng)。這樣使整個(gè)系統(tǒng)條理清晰，為以后的實(shí)際系統(tǒng)開發(fā)做好鋪墊。 28 三相異步電機(jī) 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) 的 仿真 本系統(tǒng)仿真模型完全基于實(shí) 際情況，實(shí)際存在的異步電動(dòng)機(jī)、逆變器均采用SimPowerSystems 模塊中的模型，而且認(rèn)為異步電動(dòng)機(jī)的三相定子電壓、電流和轉(zhuǎn)速都是可以方便測出的，這些都可以歸為硬件部分 。在這 6 個(gè)基本模塊庫的基礎(chǔ)上，根據(jù)需要，可以組合封裝出常用的更為復(fù)雜的模塊，添加到所需模塊庫中去。電氣系統(tǒng)模塊庫以 Simulink 為運(yùn)算環(huán)境，涵蓋了電路、電力電子、電力傳動(dòng)和電力系統(tǒng)等電工學(xué)科中常用的基本元件和系統(tǒng)的仿真模型。然而，對(duì)于電氣傳動(dòng)研究人員來說，一直被一個(gè)問題所困擾，即 :如何準(zhǔn)確而快速地對(duì)電路以及更復(fù)雜的電氣系統(tǒng)進(jìn)行仿真 .如果各環(huán)節(jié)用簡化傳遞函數(shù)來表示，則很多重要環(huán)節(jié)會(huì)被忽略。 作為 MATLAB 的重要組成部分， Simulink 具有相對(duì)獨(dú)立的功能和使用方法 .確切的說，它是對(duì)動(dòng)態(tài)進(jìn)行建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包。 MATLAB 有許多工具箱 Toolbox，這些工具箱大致可分為兩類 :功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。 。 ，語言自然。 MATLAB 具有三大特點(diǎn) : 。 SIMULINK是 The Math Works 公司于 1990年推出的產(chǎn)品，經(jīng)過十幾年的發(fā) 展己經(jīng)在諸多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，尤其是 S函數(shù)的引入使得 SIMULINK 更加充實(shí)，處理能力更加強(qiáng)大，使用戶可以根據(jù)自己的意圖來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的仿真。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、圖形圖象處理和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)極易使用的交互式環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多學(xué)科提供了一種高效率的編程工具，集科學(xué)計(jì)算、自動(dòng)控制、信號(hào)處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖象處理等于一體。由 Math Work公司推出的 MATLAB使得為解決這些具體問題而建立數(shù)學(xué)模型變得輕松、便捷，為科學(xué)和工程技術(shù)人員節(jié)約了寶貴的精力，并贏得了時(shí)間。計(jì)算機(jī)仿真在現(xiàn)代工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)、評(píng)估和產(chǎn)品研究開發(fā)中越來越受到重視，特別是對(duì)系統(tǒng)的可行性、可靠性研究，具有事半功倍的效果。而計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)使這成為可能。此外，控制理論經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，取得了豐富的研究成果，并在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。最后對(duì)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)做了簡要總結(jié)。簡要介紹了電磁轉(zhuǎn)矩估計(jì)方法。但是，直接轉(zhuǎn)矩控制還有許多技術(shù)問題有待研究和解決。 傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)自磁場定向控制系統(tǒng)一般需要的哥調(diào)節(jié)器，二直接轉(zhuǎn)矩控制只需要速度，位置調(diào)節(jié)器和兩個(gè)滯環(huán)控制器，這不僅使控制系統(tǒng)得到簡化，也有利于提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 當(dāng)矢量控制系統(tǒng)采用電壓源逆變器時(shí)，為了能獨(dú)立地控制定子電流的兩個(gè)分量（解耦控制），需要附加電壓解耦電路，或者增加電流快速閉環(huán)控制環(huán)節(jié)，把電壓源逆變器構(gòu)成為電流可控 PWM 逆變器。直接轉(zhuǎn)矩控制直接以轉(zhuǎn)矩偏差作為控制變量，力求 把轉(zhuǎn)矩波動(dòng)限制在一定的容差范圍內(nèi)。 矢量控制要嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)自磁鏈的幅值。直接轉(zhuǎn)矩控制是控制定子磁鏈?zhǔn)蛊渥咦咄Ｍ＃ㄟ^控制定子磁鏈?zhǔn)噶肯鄬?duì)于轉(zhuǎn)自磁鏈?zhǔn)噶康钠骄D(zhuǎn)速度來控制電磁轉(zhuǎn)矩，這種控制過程始終是在動(dòng)態(tài)下進(jìn)行的。矢量控制的前提是磁場定向，它對(duì)定向磁場檢測的精度要求很高，對(duì)電動(dòng)機(jī)參數(shù)的依賴性很強(qiáng)。 以上原因是直接轉(zhuǎn)矩控制可以獲得快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，使伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有較高的動(dòng)態(tài)性能。滯環(huán)比較器相當(dāng)于一個(gè)亮點(diǎn)是調(diào)節(jié)器，置換比較屬于 BangBang 控制，使轉(zhuǎn)矩能快速調(diào)節(jié)。 由于直接轉(zhuǎn)矩控制不是通過定子電流來間接控制轉(zhuǎn)矩，因此省略掉了電流或者電壓的控制環(huán)節(jié)，這對(duì)于提高系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力是非常有利的。正六邊形磁鏈 軌跡造成定子磁場和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)很大，盡管其具有控制簡單，逆變器開關(guān)頻率低等優(yōu)點(diǎn)，但在性能要求較高的伺服驅(qū) 動(dòng)中還很少采用，主要用于大功率傳輸系統(tǒng)。 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù) 直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制不同，它不是通過磁場定向和控制定子電流矢量的勵(lì)磁分量來間接控制電磁轉(zhuǎn)矩，而是把轉(zhuǎn)矩作為直接控制變量，利用離散的逆變器開關(guān)電壓矢量對(duì)定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E控制的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的直接控制。在六分之一個(gè)周期內(nèi)，定子磁鏈的幅值在拐角處達(dá)到最大，而后再減小，在下一個(gè)拐角處又一次達(dá)到最大。因?yàn)槿绱耍谄饎?dòng)初始時(shí)刻，若按照表 22 規(guī)定的規(guī)則選擇定子開關(guān)電壓矢量，那么在電磁轉(zhuǎn)矩達(dá)到其指令值之前，就只有一種狀態(tài)，即 TΔ 為“ +”號(hào)，定子磁鏈的狀態(tài) ψΔ 也為“ +”號(hào)。 23 圖 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié) 起 動(dòng)問題 當(dāng)電動(dòng)機(jī)開始起 動(dòng)時(shí)，即在 t=0 時(shí)刻，控制系統(tǒng)給定定子磁鏈參考值 ref sψ ,然后又在 t = 1t 時(shí)刻，給定電磁轉(zhuǎn)矩指令值 ref eT 。調(diào)節(jié)原理與磁鏈調(diào)節(jié)相同。它是將定子磁鏈幅值 和 觀測到的定子磁鏈幅值 的差值送入 PI 調(diào)節(jié)器，輸出所需要的電壓空間矢量分量，方向與定子磁鏈空間矢量平行，用來 調(diào) 節(jié)定子磁鏈幅值。當(dāng)差值小于設(shè)定容差時(shí)，輸出信號(hào) 為“ 0”，說明需要減小定子磁鏈。 電磁轉(zhuǎn)矩估計(jì) 利用公式 33 可以進(jìn)行電磁轉(zhuǎn)矩估計(jì) )(=Ψ= DDnssne iψiψpipT （ 38） 式中 QD ψψ 和 是估計(jì)值， DQ ii 和 為實(shí)測值。由定子電阻誤差、轉(zhuǎn)速測量誤差以及電動(dòng)機(jī)參數(shù)誤差引起的磁鏈誤差在這個(gè)工作范圍內(nèi)將不再有意義。 電動(dòng)機(jī)模型綜合了 ui 模型和 in 模型的優(yōu)點(diǎn)，又很自然地解決了切換問題。電流調(diào)節(jié)器就會(huì)輸出補(bǔ)償信號(hào)加到積分單元的輸入端，以修正 和電流值，直至 完全等于 為止， 才為零，電流調(diào)節(jié)器才停止調(diào)節(jié)。 綜合以上 ui 模型和 in 模型的特點(diǎn)，我們可以采用兩種模型相結(jié)合的方法 (即 un模型 )，用定子電壓和轉(zhuǎn)速來獲得定子磁鏈。此外 in 模型還要求精確的測量角速度 。 L σI++Ψ r αLL σ1 +R rL σΨ s αR rL σI+Ψ r βL σ+L1 +L σΨ s β++i s αi s βωΨ r αΨ r β++ 圖 in模型 與 ui 模型相比 in 模型中不出現(xiàn)定子電阻，也就是說不受定子電阻變化的影響。由定子電流與轉(zhuǎn)速來確定定子磁鏈的方法稱為 in 模型法。 根據(jù)式 (23)，在電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，特別是在 30%額定轉(zhuǎn)速以上時(shí)，電壓 u 較大， uRi較大，定子電阻壓降的影響很小，由此引起的誤差較小，此時(shí) ui 模型可以很好地確定定子磁鏈，且結(jié)構(gòu)簡單，精度較高。由于這個(gè)原因， ui 模型 在 30%額定轉(zhuǎn)速以上時(shí)，測量誤差及積分漂移的影響變的微不足道，