【正文】 ]120s i n ()()120s i n ()(s i n)[(bCaBcAaCcBbAcCbBaAmspe????????????????iiiiiiiiiiiiiiiiiiLnT??? pppLe nKnDdtdnJTT ????D —— 與轉(zhuǎn)速成正比的阻轉(zhuǎn)矩阻尼系數(shù)； K —— 扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩系數(shù)。.c ons t39。 msmsms 21)120c os (120c os LLL ??????msACCBBACABCAB 21 LLLLLLL ???????msaccbbacabcab 21 LLLLLLL ????????c o smscCCcbBBbaAAa LLLLLLL ??????)120c o s (msbCCbaBBacAAc ???????? ?LLLLLLL)120c o s (msaCCacBBcbAAb ???????? ?LLLLLLL??????????????????? rsrrrs srssrs iiLL LLΨΨ? ?TCBA ????sΨ ? ?Tcbar ????Ψ? ?Tiii CBA?si ? ?Tiii cbar ?i??????????????????????????smsmsmsmssmsmsmssms212121212121llmslLLLLLLLLLLLLssL??????????????????????????rmsmsmsmsrmsmsmsmsrms212121212121lllLLLLLLLLLLLLrrL . （ 3） 轉(zhuǎn)矩方程 根據(jù)機(jī) 電能量 轉(zhuǎn)換 原理， 在多 繞組電 機(jī)中 ，在線 性電 感的條 件下，磁場的儲能和磁共能為 (215) 而電磁轉(zhuǎn)矩等于機(jī)械角位移變化時磁共能的變化率 （電流約束為常值），且機(jī)械角位移 ?m = ? / np ，于是 (216) 將式（ 215）代入式（ 216），并考慮到電感的分塊矩陣關(guān)系式得 : (217) 又由于： 代入式（ 217）得 (218) 以式 電 感的分 塊矩 陣關(guān) 系式 代 入式 （ 218）并展 開后 ，舍去 負(fù)號，意即電磁轉(zhuǎn)矩的正方向為使 ? 減小的方向 ，則 得到了 轉(zhuǎn)矩方程的三相 坐標(biāo)系形式： （ 219） （ 4） 電力拖動系統(tǒng)運(yùn)動方程 在一般情況下，電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式是 （ 220） LT —— 負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩； J —— 機(jī)組的轉(zhuǎn)動慣量； ?????????????????????????????????c o s)120c o s ()120c o s ()120c o s (c o s)120c o s ()120c o s ()120c o s (c o smsLTsrrs LLLiiψi TTWW 212139。 。 。 將式（ 210） — （ 213）都 代入 式（ 28）， 即得 完整 的磁鏈 方程，將它寫 成分塊矩陣的形式 : （ 214） 式中： 。 120176?；ジ?又分為兩類： （ 1）定子三相彼此之間和 轉(zhuǎn)子三相彼此之間位置都是 固定的，故互感為常值； （ 2）定子任一相與轉(zhuǎn)子任 一相之間的位置是變化的 ，互感是角位移? 的函數(shù)。 由 于折 算后 定、轉(zhuǎn) 子繞組 匝數(shù) 相等， 且各 繞組間 互感磁 通都通過氣隙，磁阻相同，故可認(rèn)為 msL = mrL 其中： 定子互感 msL —— 與定子一相繞組交鏈的最大互感磁通； 轉(zhuǎn)子互感 mrL —— 與轉(zhuǎn)子一相繞組交鏈的最大互感磁通。 將電壓方程寫成矩陣形式，并以微分算子 p 代替微分 符號 d/dt，得到： ????????????????????????????????CBAβ232302121132αiiiii????????????????2323021211322/3CtRiu dd AsAA ???tRiu dd BsBB ???tRiu dd CsCC ???tRiu dd araa ???tRiu dd brbb ???tRiu dd crcc ??? （ 26） 或?qū)懗桑? （ 27） （ 2） 磁鏈方程 每個繞 組的磁 鏈?zhǔn)?它本身 的自 感磁鏈 和其 它繞組 對它 的互感 磁鏈之和，因此，六個繞組的磁鏈可表達(dá)為 （ 28） 或?qū)懗桑? （ 29） 式中， L 是 6 6 電感矩陣，其中對角線元素 AAL ， BBL , CCL ， aaL ， bbL ，ccL 是各有關(guān)繞組的自感，其余各項則是繞組間的互感。 A? , B? , C? , a? , b? , c? — 各相繞組的全磁鏈； sR , rR — 定子和轉(zhuǎn)子繞組電阻。 變換關(guān) 系如下， — 兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣 （ 21） 式中 2. 兩相靜止 — 兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換矩陣 （ 22） 則兩相靜止坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換陣是 ： （ 23） 3. 三相 — 兩相坐標(biāo)系的變換矩陣 ??????????????????? ???????? tms2/r2tmβα c oss i n s i nc os iiCiiii ?? ???????? ?? ?? ?? c oss in s inc oss2/r2C???????????? ?????????????? ???????? ? βαβα1tm c oss i n s i nc osc oss i n s i nc os iiiiii ?? ???? ?????????? ?? ?? c oss in s inc osr2/s2C （ 24） 令 C3/2 表示從三相坐標(biāo)系變換到兩相坐標(biāo)系的變換矩陣，則 （ 25） 通過坐 標(biāo)變 換，可 以得 到異 步電 動機(jī)在 兩相 任意 速旋轉(zhuǎn) 坐標(biāo) 系、兩相靜止坐標(biāo)下的數(shù)學(xué)模型。不同電 動機(jī)模型彼此等效的原則 是：在不同坐標(biāo) 系下所產(chǎn)生的磁動勢完全相同。為 了能 將異步 電動機(jī) 的動 態(tài)數(shù)學(xué) 模型 等效變 換成類 似直流電動機(jī)的形式，需要引入坐標(biāo)變換。規(guī)定各繞組電壓、電流、磁鏈 的正 方向符合電動機(jī)慣例和右手螺旋定則。 這樣， 電機(jī)繞組就等效成圖 21 所示的三相異步電動機(jī)的物理模型。異步 電動機(jī) 的動 態(tài)數(shù)學(xué) 模型 和直流 電動機(jī) 的動態(tài)數(shù) 學(xué)模型 相比有 著本 質(zhì)上的 區(qū)別， 是一 個高階 、非 線性、 強(qiáng)耦合 的多變量系統(tǒng)。 通過此 次 對異 步電 機(jī)直接 轉(zhuǎn)矩 控制變 頻調(diào) 速系統(tǒng) 的建 模和仿 真，我深入學(xué)習(xí)了 matlab 電力系統(tǒng)模塊庫（ PSB）的強(qiáng)大功能和使用方法，并掌握了 simulink 建模和仿真的方法，以及對波形的采集、記錄和分析。 課題 學(xué)習(xí) 的目的 和意義 本章就 課題所 涉及 的背景 知識 作了簡 要介 紹， 在 專業(yè) 課知識 學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上 ，建立 了異步 電機(jī) 直接轉(zhuǎn) 矩控制 變頻 調(diào)速系 統(tǒng)的 模型， 并 通過 調(diào)節(jié)系統(tǒng) 的相關(guān) 參數(shù)， 觀測 異步電 機(jī)定子 磁鏈 的軌跡 ，三 相和兩 相坐標(biāo) 系下的電 流波 形 ，以及 電機(jī) 啟動和 加載后 的轉(zhuǎn) 矩和轉(zhuǎn) 速波 形，得 到了良 好的仿真 結(jié)果。 此外， 直接轉(zhuǎn) 矩控 制通過 直接 輸出轉(zhuǎn) 矩和磁 鏈的偏差 來確定 電壓向 量， 與以往 的調(diào)速 方法 相比， 它具 有控制 直 接、 計算過程簡化的優(yōu)點(diǎn)。 與 矢量 控制 相比， 直接 轉(zhuǎn)矩 控制 的主要 優(yōu)點(diǎn) 是： 在定子 坐標(biāo) 系下對電動機(jī) 進(jìn)行控 制，摒 棄了 向量控 制中的 解耦 思想， 直接 控制電 動機(jī)的 磁鏈和轉(zhuǎn) 矩，并 用定子 磁鏈 的定向 代替轉(zhuǎn) 子磁 鏈的定 向， 避開了 電動機(jī) 中不易確 定的參 數(shù)（轉(zhuǎn) 子電 阻）。 直 接轉(zhuǎn) 矩控 制（ Direct Torque Control—— DTC）是在 矢量 控制 基礎(chǔ)之上 發(fā)展起 來的， 是繼 矢量 控 制以后 提出 的又一 種異 步電動 機(jī)控制 方法。 科 學(xué)技術(shù) 在不斷 進(jìn)步 ，交流 電機(jī)變 頻調(diào) 速系統(tǒng) 的控 制技術(shù) 也將 不斷發(fā)展。 近 10 多年來，各國學(xué)者和研究部門致 力于無速度傳感器控制系統(tǒng) 的研究， 利用檢測定子電壓、電流等容易測量的物理量進(jìn)行速度估算，以取代速 度傳感 器，提 高控 制系統(tǒng) 的可 靠 性， 降低成 本， 目前已 研究出 無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的實(shí)用產(chǎn)品 。 采用 空間電 壓矢量 分析方法 進(jìn)行計 算，直 接控 制轉(zhuǎn)矩 ，免去 了矢 量變換 的復(fù) 雜計算 。 經(jīng)過 各國科 技工 作者努 力，矢 量變換控制的變頻調(diào)速方法已廣泛地應(yīng)用于電氣傳動系統(tǒng)中。 70 年代 初德國的 提出的矢量控制理論解決了交流電機(jī) 的 轉(zhuǎn)矩控制 問題。 采用 這種控 制技術(shù)使得變 頻調(diào)速 系統(tǒng)在 一定 的程度 上改善 了靜 態(tài)和動 態(tài) 性 能，使 之接近 于直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，但 還是不能滿足高性能調(diào)速系統(tǒng)的要求。此種控 制技術(shù)有開環(huán)和閉環(huán)兩種 形式 ， 采用開環(huán) 時用于一 般生產(chǎn) 機(jī)械， 但靜 態(tài)和動 態(tài)性能 都不 太理想 ，采 用閉環(huán) 則可改 善系統(tǒng)性能。同時 ，變頻調(diào)速的控制技術(shù)也在不斷進(jìn)步和完善。 直接轉(zhuǎn) 矩控制采 用轉(zhuǎn)矩 和磁鏈 滯環(huán) 控制器 ，使轉(zhuǎn) 矩和 磁鏈被 控制 在給定 值的一 定范圍以內(nèi)，這種控制方法不可避免地帶來電 機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩脈動過大等問題 。 1 第 1 章 緒 論 課題背景 直接轉(zhuǎn) 矩控 制技術(shù) 在電 力機(jī) 車牽 引、汽 車工 業(yè)以 及家用 電器 等工業(yè)控制領(lǐng) 域得到 了廣泛 的應(yīng) 用。 構(gòu)建的仿真模型與實(shí)際變頻調(diào)速系統(tǒng) 比較 接近，為高性能的異步