基于matlab的pmsm直接轉(zhuǎn)矩控制的建模方法的研究畢業(yè)論文-在線瀏覽
2024-10-30 15:22本頁面
【正文】 電磁轉(zhuǎn)矩的快速響應 。 所以直接轉(zhuǎn)矩控制策略具有控制方式簡單 、 轉(zhuǎn)矩響應快 、 便于實現(xiàn)全數(shù)字 化等優(yōu)點 。由于永磁同步電動機具有體積小 、 重量輕 、 運行可靠 、 功率密度高等諸多優(yōu)點 ， 將 DTC控制策略應用于永磁同步電機控制中 ， 以提高電機的快速轉(zhuǎn)矩響應 ， 成為研究者關注的課題 究的熱點課題。 本文中利用 MATLAB 軟件下的 Simulink 仿真工具對 PMSM DTC 系統(tǒng)進行仿真 ； 同時還詳細地介紹了 DTC 系統(tǒng)中各控制計算單元的模型的建立 ， 并分析控制系統(tǒng)的性能。正由于這樣，同步電動機的電流在相位上是超前于電壓的，即同步電動機是一個容性負載。因此 ， 當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，在定子上產(chǎn)生的反電動勢波形也有兩種 ： 一種為正弦波 ； 另一種為梯形波。 永磁同步電動機轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)不同，則電動機的運行特性、控制系統(tǒng)等也不同。在表面式永磁同步電動機中，永磁體通常呈瓦片形，并位于轉(zhuǎn)子鐵心的外表面上，這種電 機的重要特點是直 、 交軸的主電感相等 ； 而內(nèi)置式永磁同步電機的永磁體位于轉(zhuǎn)子內(nèi)部，永磁體外表面與定子鐵心內(nèi)圓之間有鐵磁物質(zhì)制成的極靴，可以保護永磁體。因此這兩種電機的性能有所不同。先推導轉(zhuǎn)矩角與電機電磁轉(zhuǎn)矩的數(shù)學關系。如下圖 31 所示。經(jīng)過進一步推導， 得 轉(zhuǎn) 矩控制的基本方程式： 2 s i n3 ( ) s i n 24f p se p spddpLTn LLLL? ? ?? ?? ? ?? ????? (7) 對于隱極式永磁同步電機， lq=ld，故 (7)式可寫為 ： 3 sin2e p s fdTnL ? ? ?? (8) 對于永磁同步電機 ， 轉(zhuǎn)子磁鏈 不變 ， 當定子磁鏈 不變時 ， 電機的電磁轉(zhuǎn)矩只與轉(zhuǎn)矩δ有關 。 永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的實現(xiàn) 轉(zhuǎn)矩增量與定子電 壓空間矢量關系模型 ψ s 與α軸的夾角為θ s， 則在α β軸系中 ， 定子的合成空間磁鏈矢量ψ s 以角速度 219。 為了獲得盡可能小的轉(zhuǎn)矩脈動 ， 定子的合成磁鏈空間矢量最好采圓形軌跡 ， 參考磁鏈的幅值 |ψ 3s|為常量 ， 如圖 32 所示 。利用這一特點，可以采用具有零電壓矢量的新型開關表實現(xiàn)直接轉(zhuǎn)矩控制，把零電壓矢量看成保持當前轉(zhuǎn)矩的作用，利用零電壓矢量來減小轉(zhuǎn)矩的波動 ，以及減少逆變器開關次數(shù)和轉(zhuǎn)矩的脈動。 θ 1－ θ 6的分布見圖 33。 v1－ v6 為逆變器輸出電壓的空間電壓矢量 ,當施加電壓矢量與ψ s 夾角小于π /2 時 ， 將使磁鏈幅值增加 ； 當大于π /2 時 ,磁鏈幅值減小當電壓矢量超前于ψ s 時，轉(zhuǎn)矩增加 ； 落后于ψ s 時 ， 轉(zhuǎn)矩減小。 逆變器開 關時間控制模型 如圖 2所示 ，設定當前采樣周期的定子磁鏈矢量為 sn? ， 下一采樣周期的定子磁鏈矢量為 ψ +1， 所以給定轉(zhuǎn)矩和估計轉(zhuǎn)矩之間存在誤差 。 一個周期內(nèi)定子參考電壓矢量 su 的作用時間 st 根據(jù)式 (8)和 (9)求得 ， 即 7 sssss s sddtdu u u ???? ?? ? ? （ 13） 上式中 ， 雖然 dψ s和 us都是空間矢量 ， 但是二者方向相同 ， 所以直接采用其幅值進行計算 。 永磁同步電機直 接轉(zhuǎn)矩控制的系統(tǒng) 永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 34 所示 ， 是一個包含速度和轉(zhuǎn)矩的雙閉環(huán)系統(tǒng)。以 和 分別作為轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的給定值， te、ψ s 分別為利用α β坐標系的電壓和電流估算得的轉(zhuǎn)矩和磁鏈實際值 ， 在調(diào)速系統(tǒng)中 可作為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出 ， 與實際轉(zhuǎn)矩比較后經(jīng)轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器輸出轉(zhuǎn)矩增減信號。轉(zhuǎn)矩控制器輸出 0 時，將減小實際轉(zhuǎn)矩。為給定的定子磁鏈 ，與實際定子磁鏈相比較后，經(jīng)磁鏈滯環(huán)控制器輸出磁鏈增減信號，定子磁鏈保持在一個規(guī)定的范圍內(nèi)。 在 控制過程中 ， 在每一個采樣周期開始 ， 非零導通時間所對應的逆變器開關同時導通 ， 向 PMSM三相繞組供電 ， 然后根據(jù)每相繞組的通電 時間控制對應功率開關截止。該控制算法徹底避免了傳統(tǒng) DTC控制以及 SVM控制策略中磁鏈工作扇區(qū)的判別以及矢量合成等復雜的數(shù)據(jù)和邏輯計算 ， 特別適合于數(shù)字PWM控制器件 ， 可以直接用于 DSP、 FPGA等控制平臺 。它集數(shù)值分析、矩陣運算、信號處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個方便的、界面友好的用戶環(huán)境。 Matlab 的推出得到了各個領域?qū)＜覍W者的廣泛關注，其強大的擴展功能更為各個工程領域提供了分析 和設計的基礎。隨著 Matlab版本的不斷升級，其所含的工具箱的功能也越來越豐富，因此應用范圍也越來越廣泛，成為涉及數(shù)值分析的各類設計不可或缺的工具。 Simulink提供了利用鼠標拖放的方法來建立系統(tǒng)框圖模型的圖形界面，而且還提供了豐富的功能塊以及不同的專業(yè)模塊集合，利用 Simulink 幾乎可以做到不書寫一行代碼即完成整個動態(tài)系統(tǒng)的建模工作。 Simulink 是從底層開發(fā)的一個完整的仿真環(huán)境和圖形界面，是模塊化了的編程工具，它把 Matlab 的許多功能都設計成一個個直觀的功能模塊，把需要的功能模塊用連線連起來就可以實現(xiàn)需要的仿真功能了。 Simulink 仿真具有以下的特點： （ 1）交互建模 Simulink 提供了大量的功能塊，方便用戶快速地建立動態(tài)系統(tǒng)模型，建模時只需要使用鼠標拖放庫中的功能塊，并將它們連接起來 ； 用戶可以通過將塊組成子系統(tǒng)建立多級模型 ； 對塊和連接的數(shù)目沒有限制。用戶可以通過下拉菜單執(zhí)行仿真，或者用命令行進行批處理。 （ 3）能夠擴充和定制 Simulink 的開放式結(jié)構(gòu)允許用戶擴充仿真環(huán)境的功能。工具箱提供的高級設計和分析能力可以通過 Simulink 的屏蔽手段在仿真過程中執(zhí)行。 在 MATLAB/simulink 中建立了如圖 41 的系統(tǒng)仿真模型。 進行磁鏈 估算時 ， 磁鏈初值不宜為 0， 否則仿真會出錯 .因此在磁鏈估算子系統(tǒng)中 ，
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