【正文】 s magic flux and torque based on the measured voltage and current of the motor. Method Stator flux linkage is estimated by integrating the stator voltages. Torque is estimated as a cross product of estimated stator flux linkage vector and measured motor current vector. The estimated flux magnitude and torque are then pared with their reference values. If either the estimated flux or torque deviates from the reference more than allowed tolerance, the transistors of the variable frequency drive are turned off and on in such a way that the flux and torque will return in their tolerance bands as fast as possible. Thus direct torque control is one form of the hysteresis or bangbang control. This control method implies the following properties of the control: ? Torque and flux can be changed very fast by changing the references ? High efficiency amp。在此對幫助過我的導師、同學、朋友表示感謝。 功夫不負有心人，在經(jīng)歷了不斷修改后，畢業(yè)設計終于成稿了。老師在我這幾個月的時間里提出了很多具有指導性的意見，使我受益匪淺?；厥讈砺?，唯心存感激 本文在方俊初老師的精心指導下完成的。如今大學生活即將結束了，但我發(fā)現(xiàn)這還只是一個開始，我面前的路還很長。 安徽工程大學機電學院畢業(yè)設計（論文） 33 致謝 時間過得很快，轉眼間我就畢業(yè)了。直接轉矩控制中定子電阻的觀測、無速度傳感器理論、電壓矢量細化等研究的不斷深入，與神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊控制等新技術的融合，以及研究將直接轉矩控制技術應用于同步電機的趨勢，使得直接轉矩控制在理論上日趨成熟。我利用 Matlab 軟件對直接轉矩控制系統(tǒng)進行仿真，驗證了直接轉 矩控制理論的正確性。將現(xiàn)代控制理論應用于直接轉矩控制技術的研究，無疑是這種新技術的發(fā)展趨勢，也是當今值得深入研究的課題。 張偉：直接轉矩控 制的異步電機調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 32 結論與展望 直接轉矩控制系統(tǒng)是通過直接控制逆變器的開關狀態(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矩，使磁鏈軌跡近似為圓形。同時轉矩的脈動從波形上看頻率很高，對轉矩變化跟隨比較好。M，負載轉矩為 0N*M，給定直流電壓為 308V；給定磁鏈容差為 ，給定轉矩容差為 *M。定子電感為 ，轉子電感為 ，定轉子互感為 ，頻率為工頻 50 赫茲，取摩擦系數(shù)為 0。mZ，極對數(shù)為 2，定子電阻為 。 異步電動機直接轉矩控制系統(tǒng)的仿真 參數(shù)與 結果 仿真電機參數(shù)如下 :額定功率為 ，額定電壓為 380V，額定轉速為 1500r/min。 sys(2)=Sb 。Se=KSe(KUs) 。 Sa=KSa(KUs) 。 fuion sys=md1outputs(t， x， u) Ktable=[2， 1， 3， 4， 6， 5:0， 0， 7， 0， 7， 7:1， 4， 5， 2， 3， 6:6， 3， 2， l， 4， l:7， 7，0， 7， 0， 6， 4， 3， 1， 2:]: KSa=[l，一 l，一 1，一 1， 1， 1， 1， l]: KSb=[一 l，一 1， 1， l，一 1，一 l， 1， l]: KSe=[一 l， l，一 1， l，一 1， l，一 l， l]: m=3*u(2)+u(3)+l。 安徽工程大學機電學院畢業(yè)設計（論文） 29 str=[] 。 sys=simsizes(sizes) 。0 。2 。 sys=[0 。 =1 。 =3 。 =0。 otherwise error([’Unhandledflag=’， numZstr(flag)]) 。 case 3， sys=md1outputs(t， x， u) 。其輸入為逆變器三相輸入開關信號，輸出為異步電機的三相定子電壓。 sys(2)=abs(sqrt(u(l)*u(1)+u(2)*u(2)))。 else Scl=l。 else Sal=1。 faiel=u(l)。 str=[]: ts=[1 0] fuion sys=mdlOutPuts(u) faial=u(l)/2+sqrt(3)*u(2)/2。 sys=simsizes(sizes)。 =2: =1。 =0。 Case {2,4,9}, Otherwise Error([’Unhandled flag=’,num2str(flag)]) 。磁鏈當前所在扇區(qū)判定選用 simulink 的 s 一 Fuion 來實現(xiàn)。仿真模塊如 41 所示。 sys(5)=3 *Lm*(x(2)*x(3)x(1)* x(4))。 sys(3)=x(1)。 function sys=mdloutputs(t,x,u,Rs,Rr,Ls,Lr,Lm) sys(1)=u(1)。 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。 function sys=mdlDerivatives(t,x,u,Rs,Rr,Ls,Lr,Lm) a=1Lm*Lm/(Ls*Lr)。 str= []。0。 x0= [0。 = 1。 = 3。 = 4。, num2str (flag)])。 otherwise error ([39。 安徽工程大學機電學院畢業(yè)設計（論文） 23 case 3 sys=mdloutputs(t,x,u,Rs,Rr,Ls,Lr,Lm)。 [sys,x0,str,ts]=motor 1(t,x,u,flag,Rs,Rr,Ls,Lr,Lm) %輸入 :Uds, Uqs, Wr %輸出 :Uds, Ids, Uqs, IQs, Te %state variable: Ids, Iqs, Idr, Iqr %outputs: Uds, Uqs Switch flag, Case 0 [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes (Rs, Rr, Ls, Lr, Lm)。在定義完模型后，可以通過 Simulink 菜單或 MATLAB 的命令來對它進行仿真， MATLAB 提供強大的可視化輸出功能模塊，方便用戶進行分析；下面就具體介紹應用 Simulink 建立直接轉矩控制系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)。 Simulink 創(chuàng)建的模型具有遞階的結構，用戶可以自上而下或自下而上的建立模型。 Simulink 采用可視化組態(tài)技術建模，具有直觀、方便的優(yōu)點。 張偉：直接轉矩控 制的異步電機調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 22 動態(tài)仿真工具 Simulink Simulink 是 MATLAB 的一個應用工具箱，它用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包。另外， MATLAB 網(wǎng)頁服務程序還容許在 Web應用中使用自己的 MATLAB 數(shù)學和圖形程序。 （ 6）實用的程序接口和發(fā)布平臺 新版本的 MATLAB 可以利用 MATLAB 編譯器和 C/C++數(shù)學庫和圖形庫，將自己的MATLAB 程序自動轉換為獨立于 MATLAB 運行的 C 和 C++代碼。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動畫和表達式作圖。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計算中的最新研究成果，而前經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯處理。 （ 4）強大的科學計算機數(shù)據(jù)處理能力 MATLAB 是一個包含大量計算算法的集合。 （ 3）應用廣泛的模塊集合工具箱 MATLAB 對許多專門的領域都開發(fā)了功能強大的模塊集和工具箱。 （ 2）友好的工作平臺和編程環(huán)境 MATLAB 由一系列工具組成。 安徽工程大學機電學院畢業(yè)設計（論文） 21 MATLAB 特點及優(yōu)勢 MATLAB 特點： 此高級語言可用于技術計算 此開發(fā)環(huán)境可對代碼、文件和數(shù)據(jù)進行管理 交互式工具可以按迭代的方式探查、設計及求解問題 數(shù)學函數(shù)可用于 線性代數(shù) 、統(tǒng)計、傅立葉分析、篩選、優(yōu)化以及數(shù)值積分等 二維和三維圖形函數(shù)可用于可視化數(shù)據(jù) 各種工具可用于構建自定義的圖形用戶界面 各種函數(shù)可將基于 MATLAB 的算法與外部應用程序和語言（如 C、 C++、 Fortran、Java、 COM 以及 Microsoft Excel）集成 不支持大寫輸入，內(nèi)核僅僅支持小寫 MATLAB 優(yōu)勢： （ 1）簡單易用的程序語言 MATLAB 是一個高級的矩陣 /陣列語言，它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結構、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c。這些工具箱就是專業(yè)部分?；静糠职ǎ壕仃嚨母鞣N運算和各種變換、代數(shù)和超越方程求解、數(shù)值積分等。 選擇算法；數(shù)值積分時自動按精度選擇步長，自動檢測和顯示程序錯誤的能力強，易于調(diào)試。 繪圖，能繪制多種坐標系的圖形。 MATLAB 是以解釋的方式工作的，若有錯誤立即就會作出反應，便于編程者立即改正。 MATLAB 語言的特點： ，它可以有 nm個元素，每個元素都看作是復數(shù)，各種運算對矩陣和復數(shù)都有效。 現(xiàn)在 MATLAB 軟件不但廣泛的應用于控制領域，也應用與其他的工程領域和 非工程領域。 MATLAB 環(huán)境是由美國 New Mexico 大學的 Clever Moler 于 1980 年開始開發(fā)的，1984 年由 Clever Moler 等人創(chuàng)立的 MathWorks 公司推出了第一各商業(yè)版本。本章重點介紹了直接轉矩控制的幾種調(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。磁鏈自控制單元控制六邊形磁鏈軌跡。通過磁鏈給定值的調(diào)節(jié)變化，一方面實現(xiàn)對平均轉矩的動態(tài)調(diào)節(jié)，另一方面實現(xiàn)弱磁升速的恒功率調(diào)節(jié)。 在弱磁范圍內(nèi)，轉矩調(diào)節(jié)器的輸出由轉矩給定值變?yōu)楣β式o定值，借以控制功率調(diào)節(jié)器進行弱磁范圍的功率調(diào)節(jié)。 五 .通過改變磁鏈給定值實現(xiàn)的平均轉矩的動態(tài)調(diào)節(jié)。 三 .六邊形磁鏈軌跡。弱磁范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)方案有如下特點 . 一 .用電動機模型測量、計算磁鏈和轉矩。二是電機轉矩的調(diào)節(jié)，不是靠工作電壓和零狀態(tài)電壓交替工作從把轉矩限制在容差內(nèi)的方 法，而是靠六邊形磁鏈給定值的動態(tài)變化調(diào)節(jié)的方法。逆變器的電壓波形與普通電壓型逆變器時一樣。首先，弱磁范圍內(nèi)進行的是恒功率調(diào)節(jié)，而不是恒轉矩調(diào)節(jié)。由于這個轉速范圍內(nèi)的轉速較高，因此定子電阻壓降的影響可以忽略，定子磁鏈的畸變也可忽略，六邊形磁鏈能得到很好的保持， 因此磁鏈調(diào)節(jié)只是起輔助作用。磁鏈自控制環(huán)節(jié)給出正確的區(qū)段。 五 .六邊形磁鏈軌跡。 三 .轉矩兩點式調(diào)節(jié)。電動機模型主要工作在 UI 模型下，且有模型電流和實際電流相比較的電流調(diào)節(jié)器來補償校正。這個范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)方案是典型的 DSR 控制的轉速范圍。 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機電學院畢業(yè)設計（論文） 19 好的控制結果。 七 .每個區(qū)段上，有四個工作電壓狀態(tài)和兩個零電壓狀態(tài)的使用與選擇。 五 .調(diào)節(jié)每個區(qū)段的磁鏈量。 三 .轉矩調(diào)節(jié)器和磁鏈調(diào)節(jié)器的多功能的協(xié)調(diào)工作。低速范圍的調(diào)節(jié)方案有如下特點 : 一 .用電動機模型檢測計算電動機磁鏈和轉矩。在這個范圍內(nèi)，由于存在轉速低 (包括零轉速 )、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矩和磁鏈基本不變等問題。下面就簡單介紹幾種調(diào)節(jié)方案，他們分別是低速調(diào)節(jié)方案、高速調(diào)節(jié)方案、低磁范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)方案。因為只有進行必要的分析才能對異步電動機在不同的速度下運行存在的問題進行有目的的改進。但是，此時的空間電壓矢量是旋轉坐標系下的，還需疊加磁鏈旋轉角度，將其轉換成靜止坐標系下的空間電壓矢量，最后通過 SVPWM 方式輸出開關脈沖信號給逆變器。