【正文】 轉矩和磁通，相比于矢量控制，直接轉矩控制的計算控制簡單、調速特性受電機參數(shù)變化的影響較小、實際性能較好的達到理論分析結果。直接控制轉矩與著名的矢量控制的方法不同，其控制方式是采用空間矢量的分析方法，通過轉矩兩點式調節(jié)器把轉矩檢測值與轉矩給定值作帶滯環(huán)比較，把轉矩波動限制在一定的容差范圍內，借助離散的兩點式調節(jié)生成PWM信號直接對逆變器進行最佳控制，實現(xiàn)磁鏈轉矩的直接控制。（2）控制磁場定向所用的是定子磁鏈，大大減少了矢量控制技術中控制性能易受參數(shù)變化的影響，只要知道定子電阻就可以把它觀測出來。（4）直接轉矩控制強調的是轉矩的直接控制與效果。綜上所述,直接轉矩控制算法的分析在靜止的定子坐標系中進行，沒有了復雜的坐標變換和電流調節(jié)器。盡管整個控制系統(tǒng)結構簡單明了，但能夠產生非常快的動態(tài)響應。它的控制結構簡單，控制思想新穎，控制手段直接，信號處理的實現(xiàn)方式和物理概念明確。但是直接轉矩控制自然也有其不完善之處，目前，定子磁鏈觀測器、轉矩觀測器是其研究的難點之一，其次傳統(tǒng)DTC 的一個明顯缺點是產生的轉矩波動較大。其中一種有效的方法是采用空間矢量調制（SVM）技術，本文將對這種空間矢量脈寬調制的數(shù)字實現(xiàn)展開研究。為了降低和消除低速時的轉矩脈動，提高轉速、轉矩控制精度，擴大直接轉矩控制系統(tǒng)的調速范圍，近些年來提出了許多新型的直接轉矩控制系統(tǒng)。SVM在每個采樣周期中，求得能夠恰好補償當前定子磁鏈誤差與轉矩誤差的參考電壓矢量，該參考電壓矢量由2個相鄰的基本工作電壓矢量及零電壓矢量合成得到。為此，人們提出了DSVM技術，把一個采樣周期分為多個時間段，每個時間段輸出不同的電壓矢量，從而可以在一個周期內組合成多個不同的電壓矢量，這就擴大了對電壓矢量的選擇范圍，增大了選擇合適電壓矢量的機會。應用離散空間矢量技術后的DTC系統(tǒng)輸出轉矩波動小，控制性能得到極大提高。所以異步電機的DSVM—DTC控制策略有良好的應用前景，成為現(xiàn)代交流傳動界的研究熱點， 課題研究的目的和意義隨著工業(yè)生產的發(fā)展，交流電機的控制技術的使用越來越廣泛，控制要求也越來越高，本課題以實際試驗設計驗證基于離散空間矢量技術的直接轉矩控制的各項性能，改善了部分數(shù)字實現(xiàn)程序，證明控制方法的正確性，減小傳統(tǒng)直接轉矩控制中的磁鏈和轉矩脈動，改善了電機動態(tài)性能，為實際應用提供了理論指導。畢業(yè)設計主要內容：第一章 介紹本課題的發(fā)展狀況，主要介紹了直接轉矩控制和離散空間矢量技術 (DSWM) 發(fā)展狀況和未來的發(fā)展趨勢。第三章 介紹了基于離散空間矢量(DSWM)技術的直接轉矩控制的基本原理和系統(tǒng)結構，是文章的重點部分，給出了離散空間矢量技術的算法實現(xiàn)。第五章 系統(tǒng)的軟件設計主要包括實驗程序的編寫和實驗平臺的使用。第二章 感應電機的數(shù)學模型感應電機交流調速系統(tǒng)的控制方式非常復雜，如果要確定最佳的控制方式，必須對系統(tǒng)動、靜態(tài)性能進行充分而有效的研究。設三相繞組對稱，空間互差120度電度角，所產生的磁動勢沿氣隙圓周正弦分布；(3)忽略鐵心渦流，磁路飽和及磁滯損耗，忽略其它雜散損耗，各繞組的自感和互感都是線性的；(4)不考慮頻率和溫度變化對電機繞組電阻的影響，簡化電機模型公式。由此，我們可得到在三相靜止坐標系A、B、C上的三相異步電動機的電壓方程、磁鏈方程、轉矩方程和運動方程。轉矩方程： （24）式中－負載阻力矩；J－機組的轉動慣量；K－扭轉彈性力矩系數(shù)；－電機極對數(shù)。通過這些線性變換以后，在新的坐標系統(tǒng)中異步電機的基本方程式被稱為該坐標系統(tǒng)感應電機的數(shù)學模型。αβθaBbCVcAβαdq 圖22 三相/二相靜止變換 圖23 二相/二相旋轉變換圖22中繪出了A、B、C和α、β兩個坐標系，為方便起見，取A軸和α軸重合。按照三相系統(tǒng)和二相系統(tǒng)總磁勢相等且功率不變的原則可以得到靜止3/2變換矩陣如下： （25） （26） （26）第三章 直接轉矩控制的基本原理和系統(tǒng)結構 直接轉矩控制基本原理根據(jù)交流電機理論，感應電機的轉矩方程為： （31）式中，為轉矩，為漏電感，為定子磁鏈矢量，為轉子磁鏈矢量，為轉矩角。因此根據(jù)式31，可以通過調節(jié)轉矩角來改變感應電動機的轉矩。由電機基本方程可得關系式（32）。 （32）圖31直接轉矩控制原理圖示由圖31可知，通過選擇適當?shù)碾妷嚎臻g矢量，可以控制定子磁鏈的旋轉速度，使定子磁鏈走走停停，改變定子磁鏈的平均旋轉速度，從而改變轉矩角的大小，達到控制電機輸出轉矩的目的。基本原理是：將交流電經(jīng)整流器整流，經(jīng)濾波電路濾波得到較平穩(wěn)的直流電。圖32 離散空間矢量直接轉矩控制系統(tǒng)圖由霍爾傳感器檢測到流， ，經(jīng)3/2變換，得到靜止二相坐標系（坐標系）中的定子電流分量， 。由此可得定子磁鏈的幅值： （35）僅當電機轉速較低時，定子電阻的壓降不可忽略，這種簡化模型不能適用。因此，ui模型一般在l0％～30％額定轉速以上適用，此時能較準確地觀測定子磁鏈，而且能使得系統(tǒng)的結構簡單，魯棒性強。磁通角的方程如下式37： （37） 直接轉矩控制中磁鏈和轉矩調節(jié)器是通過相應的滯環(huán)來實現(xiàn)的，估計出的磁鏈與轉矩經(jīng)過PI調節(jié)器（與在磁場定向控制中采用PI調節(jié)器調節(jié)定子電流從而控制磁鏈和轉矩不同，在直接轉矩控制中電壓U直接控制了定子磁鏈的大小和旋轉方向在直接轉矩控制中磁鏈和轉矩調節(jié)器是通過相應的滯環(huán)來實現(xiàn)的）得到定子磁場定向同步旋轉坐標系下的定子電壓分量，最后由2r/2s變換得到下個周期所需的和。利用8 種電壓空間矢量，由DSVM可以合成任意。在直接轉矩控制系統(tǒng)中其輸入信號為轉矩調節(jié)器的開關信號、磁通調節(jié)器的開關信號以及磁鏈角信號。 空間矢量的工作原理空間矢量技術是通過控制逆變器的六個開光管的導通狀態(tài)和時刻使感應電機三相電流正弦化。旋轉這種控制效果更直接，由于磁鏈的軌跡是靠電壓空間矢量相加得到的。規(guī)定：當上橋臂開關管“開”狀態(tài)時(下橋臂開關管是“關”狀態(tài))，開關狀態(tài)為1；當下橋臂開關管“開”狀態(tài)時(上橋臂開關管“關”狀態(tài))，開關狀態(tài)為“0”。其中000和111開關模式使逆變器輸出電壓cabM圖33電壓型理想逆變器推導出，三相逆變器輸出的相電壓矢量[Ua、Ub、Uc]T與開關狀態(tài)矢量[a、b、c]T的關系為： （38）如圖34把逆變器的輸出電壓用電壓空間矢量來表示，其中6中空間電壓矢量幅值相等，相位角互差/ 3 ，分別記作U0,U60,U120,U180,U240,U300,而零電壓矢量記作0000，0111。圖34 電壓空間矢量圖若其A、B、C三相負載的定子繞組接成星形其輸出電壓空間矢量的Park矢量變換式為： （38）從而代入計算得到逆變器的電壓狀態(tài)與開關狀態(tài)的對照關系，如下表：表一 逆變器的電壓狀態(tài)與開關狀態(tài)的對照關系 DSVM基本原理一個三相電壓源逆變器只能產生8個工作電壓矢量，分別為6個非零電壓矢量和2個零電壓矢量。電壓矢量數(shù)目的多少決定了補償當前誤差的精度。m的值越大可合成的電壓矢量的數(shù)目就越多，轉矩和磁鏈產生的脈動也就越小，開關表也就越復雜，綜合考慮以上因素，通常取m=3。例如：“332”表示由空間電壓矢量、和合成，“2ZZ”表示 和兩個零電壓矢量合成，每個矢量各作用三分之一的采樣周期。假定電機逆時針旋轉，磁通位于第一扇區(qū)。綜合考慮轉矩磁鏈控制器和電壓排列順序的影響，分低速區(qū)、中速區(qū)、高速區(qū)三個速度區(qū)。其中 和 分別為磁鏈和轉矩滯環(huán)控制器的輸出。例如： =2表示需要快速增大轉矩， =1表示需要略微減小轉矩， =0表示保持轉矩不變。圖41為控制系統(tǒng)硬件結構框圖圖41 控制系統(tǒng)硬件結構框圖 主控板 DSP控制器選型控制部分核心芯片選用TI公司的TMS320F2812芯片。其整合了Flash存儲器，快速A/D轉換器，增強的CAN模塊和事件管理器EV，正交編碼器電路接口及多通道緩沖串口等外設。該芯片的主要特點如下。 控制板特性系統(tǒng)選用TMS320F2812作為控制芯片。應用該芯片使外圍電路得到簡化，因此系統(tǒng)具有很高的可靠性。所需的外圍電路得到了很大簡化，系統(tǒng)成本降低。RS232C是PC機與通信工業(yè)中應用最廣泛的一種串行接口標準，其傳送距離最大約為15米，傳輸速率最高約為10Kb/s，如圖45所示圖45 RS232串口通信電路CAN總線在自動