【正文】 的設(shè)計19當(dāng)能耗制動時，電動機(jī)再生的電能經(jīng)續(xù)流二極管全波整流后反饋到直流電路，在濾波電容上會有短時間大量電荷堆積，這就是所謂的“泵生電壓” ，使得直流電壓升高。限流電路及安全保護(hù)電路當(dāng)變頻器通電時瞬時沖擊電流較大，為了保護(hù)電路元件并減小通電瞬間電路對電網(wǎng)的沖擊，在電路中加入了限流電阻，通過限流電阻（即圖中的充電電阻）減小通電瞬間電流對元件的沖擊，并通過延時控制，在通電一段時間后觸發(fā)繼電器，切除限流電阻，這樣既不影響電路正常工作時的電路整體性能，又可提高電路的啟動瞬時性能。本系統(tǒng)屬于中、小容量變頻器，整流器可采用不可控整流二極管成的橋式全波整流，再經(jīng)大容量電解電容 C，構(gòu)成的濾波環(huán)節(jié)進(jìn)行濾波，為逆變器提供恒定的直流電壓。T M S 3 2 0 F 2 4 0 7 AP C 機(jī)故障檢測與保護(hù)驅(qū) 動電 路P W M輸 出電 流測 量電 壓測 量M圖 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 主電路的設(shè)計直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的主電路采用交一直一交電壓型變頻器結(jié)構(gòu)，由整流電路、限流電路、濾波電路、能耗制動電路和逆變電路這幾個部分組成的。所有控制算法的實(shí)現(xiàn)和實(shí)用化均不能離開硬件系統(tǒng)，本節(jié)主要介紹系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)?！? 軍事：雷達(dá)與聲納信號處理、導(dǎo)航、導(dǎo)彈制造、保密通信、全球定位、電子對抗、情報收集與處理等。※ 通信：糾錯/譯碼、自適應(yīng)均衡、回波抵消、同步、分散接收、數(shù)字調(diào)制/ 解調(diào)軟件無線電和擴(kuò)頻通信等?！? 醫(yī)學(xué)工程：助聽器、X 射線掃描、心電圖/腦電圖、病員監(jiān)護(hù)和超聲設(shè)備等。※ 儀器儀表：暫態(tài)分析、函數(shù)發(fā)生、波形產(chǎn)生、數(shù)據(jù)采集、石油/ 地質(zhì)勘探，地震預(yù)測與處理等。徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計16※ 語音識別與處理：語音識別、合成、矢量編碼、語音鑒別和語音信箱等。TI 公司作為 DSP 生產(chǎn)商的代表，生產(chǎn)的品種很多，大約占市場份額的 60%。目前對 DSP 爆炸性需求的時代已經(jīng)來臨，前景十分廣闊。20 世紀(jì) 90 年代 DSP 發(fā)展最快，相繼出現(xiàn)了第四代和第五代DSP。DSP 芯片的問世，使 DSP 應(yīng)用系統(tǒng)由大型系統(tǒng)向小型化邁進(jìn)了一大步至 20 世紀(jì) 80 年代中期，隨著 CMOS 技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，第二代基于 CMOS 工藝的 DSP 應(yīng)運(yùn)而生，其運(yùn)算速度和存儲容量都得到了成倍的提高，成為語音處理和圖像處理技術(shù)的基礎(chǔ)。世界上第一片單片 DSP 芯片是 1978 年 AMI 公司宣布的 S2811，在這之后，最成功的 DSP 芯片當(dāng)數(shù) TI 公司 1982 年推出的 DSP 芯片。直到 20 世紀(jì) 70 年代，才有人提出了 DSP 理論和算法基礎(chǔ)。這種實(shí)時能力使DSP 在聲音處理、圖像處理等不允許時間延遲的領(lǐng)域的應(yīng)用十分理想，成為全球 70%數(shù)字電話的“心臟” ，同時 DSP 在網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。DSP 芯片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)※ 改進(jìn)的哈弗結(jié)構(gòu)※ 多總線結(jié)構(gòu)※ 流水線技術(shù)※ 多處理單元 ※ 特殊的 DSP 指令※ 指令周期短徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計14※ 運(yùn)算精度高※ 豐富的外設(shè)※ 功耗低DSP 特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、強(qiáng)大的信息處理能力、及較高的運(yùn)行速度，是 DSP最重要的特點(diǎn)。數(shù)字信號處理一般是用 DSP 芯片和在其上運(yùn)行的實(shí)時處理軟件對輸入數(shù)字信號按照一定的算法進(jìn)行處理，然后將處理后的信號輸出給 D\A 轉(zhuǎn)換器，經(jīng) D\A 轉(zhuǎn)換、內(nèi)插和平滑濾波后得到連續(xù)的模擬信號。輸入信號經(jīng)過帶限濾波后，通過A\D 轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。圖 所示的是一個典型的數(shù)字信號處理系統(tǒng)框圖。20 世紀(jì) 60 年代至今，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到了迅速的發(fā)展。利用電0su壓逆變器的開關(guān)特點(diǎn)，正確地選擇電壓空間矢量不斷切換電壓狀態(tài)，使定子磁鏈逼近圓形，并通過零電壓矢量的穿插調(diào)節(jié)來改變轉(zhuǎn)差頻率，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩同時按要求快速變化。 ，其中 6 個非零電壓矢量 ，和兩個零0su7—1su6—電壓矢量 。 表示法與 月相似。從電機(jī)統(tǒng)一理論可知，在靜止坐標(biāo)系上的異步電動機(jī)的等值電路如圖 所示。由此物理模型，可推導(dǎo)得到任意速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下異步電機(jī)的狀態(tài)方程為：電壓方程式(2 一 14): 式（214）q1d2URipsdsqirrpq????????????—磁鏈方程式(2 一 15)： 式（215）Liisdmrdqqiirsd???????電磁轉(zhuǎn)矩方程式(2 一 16)： 式（216）()Tniiepsqsq??—機(jī)電運(yùn)動方程式(2 一 17)： 式（217）JdeLntp??將式（215）代入（214）式中，得： +k km+k k=+r r +r rRLLpLU issmd sdLRp pq qipRrmLLR???? ?? ?? ?? ?? ?? ??? ??—（ ） （ ）（ ） （ ） 式（218）式中 d、q 系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)速度=kp??當(dāng) 時為同步旋轉(zhuǎn) d、q 系統(tǒng)；當(dāng) 時為定子靜止坐標(biāo)系統(tǒng)。ABCdq ?12徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計9圖 異步電機(jī)坐標(biāo)模型該電機(jī)模型已經(jīng)由實(shí)踐所證實(shí)，圖 顯示了它的坐標(biāo)模型。 式（213）01122diLuRtJTenpLsrLTriiie?????????????????????????由式(2 一 13)可知異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型比較復(fù)雜，本質(zhì)上因為異步電動機(jī)是高階、非線性、多變量和強(qiáng)禍合的系統(tǒng)，我們希望通過坐標(biāo)變換使之簡化。?3．運(yùn)動方程電動機(jī)的機(jī)械運(yùn)動方程為： 式（210）JdTeLntp???式中， 為電機(jī)額定輸出轉(zhuǎn)矩； 為負(fù)載轉(zhuǎn)矩； 為電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上總的轉(zhuǎn)動慣e LTJ量； 為電機(jī)極對數(shù)。這就是異步電機(jī)控制非線性的根源所在。系數(shù)矩陣 L 中 為對稱常數(shù)矩陣；但是 之間的關(guān)系為：sr、 Lsr、是三角函數(shù)矩陣，比較復(fù)雜，但是 和 互為轉(zhuǎn)置關(guān)系，這是值得sr、利用的特點(diǎn)。 。所以定子繞組之間的互感為： 式（25）11cos20ABBCCAmmLLLL??????同理三相轉(zhuǎn)子繞組之間互感為： 式（26）abbcca22==smm?定子和轉(zhuǎn)子繞組之間互感由于定轉(zhuǎn)子繞組之間的夾角 是變化的，所以該互感?參數(shù)是角位移 的函數(shù)。由于定轉(zhuǎn)子m L折算后繞組匝數(shù)相等，認(rèn)為 ，則：定子三相繞組的自感1=2mL；轉(zhuǎn)子三相繞組的自感 ；ALLBC???a2bcm??（2）非對角線元素為定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組之間的互感和定轉(zhuǎn)子繞組之間的互感。?、 、 c?、 、磁鏈方程每個繞組的磁鏈?zhǔn)撬旧淼淖愿写沛満团c六個繞組的磁鏈方程可以矩陣表達(dá)徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計6式為： 式（24）=LLiABCaAbcLBBiCCa aaabciLLb bAbBCccc??? ?? ?? ?? ?? ?? ??? ??向量表示為： i?上式中 L 是 66 電感矩陣，現(xiàn)對矩陣元素分析如下：對角線元素 為各繞組的自感；與電機(jī)繞組相交鏈的ABCabcLL、 、 、 、 、磁通有兩類：一類是只與某一相繞組交鏈而不穿過氣隙的漏磁通；另一類是穿過氣隙的主磁通。 、渦流及鐵芯損耗均忽略不計。 ，在空間上互差 120 度，不計邊緣效應(yīng)。在異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，一般采用的數(shù)學(xué)模型都是基于理想的電機(jī)模型。其原因有：第一，異步電動機(jī)定子有三個繞組，轉(zhuǎn)子也可等效為三個繞組，每個繞組產(chǎn)生磁通時都有自己的電磁慣性，再加上機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)電慣性，即使不考慮變頻裝置中的滯后因素，它至少也是一個七階的系統(tǒng)；第二，在異步電動機(jī)中，磁通乘以電流產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速乘以磁通得到旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電動勢。徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計42 異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型和電壓空間矢量 異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型和直流電動機(jī)相比有著根本的的區(qū)別。智能控制被認(rèn)為是自動控制理論、運(yùn)籌學(xué)、人工智能理論的綜合，是主要根據(jù)人工智能理論更加精確的模擬電機(jī)的非徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計3線性性，以此確定智能控制輸出模型的輸出量大小，進(jìn)而確定功率控制器開關(guān)模式。智能控制在經(jīng)典和各種近代的控制理論基礎(chǔ)之上提出的控制策略都有一個共同點(diǎn)即控制算法都依賴于電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，但當(dāng)模型受到參數(shù)變化和擾動作用影響時，如何進(jìn)行有效的控制，使系統(tǒng)仍能保持優(yōu)良的動靜態(tài)性能，便是人們需要研究的一個大課題。直 接轉(zhuǎn) 矩 控 制 的 特 征 是 控 制 定 子 磁 鏈 ， 是 直 接 在 定 子 靜 止 坐 標(biāo) 系 下 ， 以 空 間 矢 量概 念 ， 通 過 檢 測 到 的 定 子 電 壓 、 電 流 ， 直 接 在 定 子 坐 標(biāo) 系 下 計 算 與 控 制 電 動機(jī) 的 磁 鏈 和 轉(zhuǎn) 矩 ， 獲 得 轉(zhuǎn) 矩 的 高 動 態(tài) 性 能 。將電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩作為直接拄制對象，通過控制定子磁場向量控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。但其需要進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算以及速度傳感器的安裝，使得其穩(wěn)定性大大的降低。矢量控制變頻器可以分別對異步電動機(jī)的磁通和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行檢測和控制，自動改變電壓和頻率，使指令值和檢測實(shí)際值達(dá)到一致，從而實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)速，大大提高了電機(jī)控制靜態(tài)精度和動態(tài)品質(zhì)。矢量控制矢量控制是當(dāng)前工業(yè)系統(tǒng)變頻系統(tǒng)應(yīng)用的主流，它是通過分析電機(jī)數(shù)學(xué)模型對電壓、電流等變量進(jìn)行解藕而實(shí)現(xiàn)的。異步電動機(jī)存在轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷力矩變化而變動，即使目前有些變頻器具有轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能及轉(zhuǎn)矩提升功能，也難以實(shí)現(xiàn) %的精度，所以采用這種 V/F 控制的通用變頻器異步電機(jī)開環(huán)變頻調(diào)速適用于一般要求不高的場合，徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計2如風(fēng)機(jī)、水泵等機(jī)械。但是，由于其屬于速度開環(huán)控制方式，調(diào)速精度和動態(tài)響應(yīng)特性并不是十分理想。 交流異步電機(jī)的控制策略分類V/F 控制當(dāng)前異步電機(jī)調(diào)速總體控制方案中，V/F 控制方式是最早實(shí)現(xiàn)的調(diào)速方式。交流變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起、制動性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，被國內(nèi)外公認(rèn)為最有前途的調(diào)速方式，成為當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程以及提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。直流電機(jī)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用機(jī)械換向器和電刷，使它具有難以克服的固有的缺點(diǎn)，如造價高、維護(hù)難、壽命短、存在換}句火花和電磁干擾，電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速、單機(jī)容量和最高電壓都受到一定的限制。本文利用基于數(shù)字信號處理器(DSP)開發(fā)的硬件系統(tǒng)，對六邊形磁鏈軌跡控制 PWM 方法和直接轉(zhuǎn)矩控制方案進(jìn)行了實(shí)驗研究，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本文從異步電動機(jī)數(shù)學(xué)模型出發(fā)，根據(jù)傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制原理中電壓矢量的選擇方法，推導(dǎo)了一個優(yōu)化的電壓矢量選擇表。兩者相結(jié)合構(gòu)成的無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)也成為未來電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展方向之一。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計3摘 要1985 年德國學(xué)者 Depenbrock 提出了異步電動機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制(Direct Torque Control)變頻調(diào)速思想，直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)作為繼矢量控制之后出現(xiàn)的一種新型的現(xiàn)代交流電機(jī)控制技術(shù)，以其控制簡單、魯棒性強(qiáng)、動態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)日益受到更多的關(guān)注。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計1徐 州 師 范 大 學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）論 文 題 目： 感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器 直接轉(zhuǎn)矩控制統(tǒng)的設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 感應(yīng)電機(jī)無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計2作 者 簽 名：　　 　 　　 日　 期：