异步电动机直接转矩控制及其数字仿真(本科毕业设计).docx

引言
随着微电子技术、电力电子技术、计算机控制技术的进步,交流电动机调速技术发展到现在,有了长足的进步。特别是20世纪70年代出现的矢量控制技术和80年代出现的直接转矩控制技术,使交流电动机调速系统的性能可以与直流电动机调速系统的性能相媲美。而交流电动机尤其是鼠笼异步电动机由于其自身结构和运行特性的优点,使得交流电动机调速系统的优势强于直流电动机调速系统。
在交流电动机控制技术中调压调频控制、矢量控制以及直接转矩控制(Direct Torque Control简称DTC)具有代表性。其中应用直接转矩控制技术是一种高性能的控制调速技术,直接转矩控制对交流传动来说是一种最优的电动机控制技术,它可以对所有交流电动机的核心变量进行直接控制。
绪论
异步电动机调速系统的发展状况
在异步电动机调速系统中变频调速技术是目前应用最广泛的调速技术,也是最有希望取代直流调速的调速方式。就变频调速而言,其形式也有很多。传统的变频调速方式是采用v/f控制。这种方式控制结构简单,但由于它是基于电动机的稳态方程实现的,系统的动态响应指标较差,还无法完全取代直流调速系统。
1971年,德国学者EBlaschke提出了交流电动机的磁场定向矢量控制理论,标志着交流调速理论有了重大突破。所谓矢量控制,就是交流电动机模拟成直流电动机来控制,通过坐标变换来实现电动机定子电流的励磁分量和转矩分量的解藕,然后分别独立调节,从而获得高性能的转矩特性和转速响应特性。
矢量控制主要有两种方式:磁场定向矢量控制和转差频率矢量控制。无论采用哪种方式,转子磁链的准确检测是实现矢量控制的关键,直接关系到矢量控制系统性能的好坏。一般地,转子磁链检测可以采用直接法或间接法来实现。
直接法就是通过在电动机内部埋设感应线圈以检测电动机的磁链,这种方式会使简单的交流电动机结构复杂化,降低了系统的可靠性,磁链的检测精度也不能得到长期的保证。因此,间接法是实际应用中实现转子磁链检测的常用方法。这种方法通过检测电机的定子电压、电流、转速等可以直接检测的量,采用状态重构的方法来观测电动机的磁链。这种方法便于实现,也能在一定程度上确保检测的精度,但由于在异步电动机直接转矩调速系统的设计与仿真研究在状态重构过程中使用了电动机的参数,如果环境变化引起电动机参数的变化,就会影响到定子磁链的准确观测。为补偿参数变化的影响,人们又引入了各种参数在线辨识和补偿算法,但补偿算法的引入也会使系统算法复杂化。
1985年,德国鲁尔大学的DePenbrock教授提出了一种新型交流调速理论一一直接转矩控制。这种方法结构简单,在很大程度上克服了矢量控制中由于坐标变换引起的计算量大、控制结构复杂、系统性能受电动机参数影响较大等缺点,系统的动静态性能指标都十分优越,是一种很有发展前途的交流调速方案。因此,直接转矩控制理论一问世便受到广泛关注。目前国内外围绕直接转矩控制的研究十分活跃。
直接转矩控制系统的现状与展望
十几年来,在国内外直接转矩控制不断得到发展和完善,许多文章从不同的角度提出了新的见解和方法,特别是随着各种智能控制理论的引入,又涌现出了许多基于模糊控制和人工神经网络的DTC系统,控制性能得到了进一步的改善和提高。对于研究直接转矩控制系统的人们来说了解直接转矩控制系统的发展现状有助于他们更好的改进直接转矩控制系统的性能,以便于用自己的研究更好服务社会。
直接转矩控制系统的性能是借助于控制环节来实现的,改善和优化各个环节的结构,必然有利于控制系统性能的提高。下面简要介绍一些对直接转矩控制中各控制环节的改进研究情况。
(l)磁链调节器和转矩调节器的细化改进
传统直接转矩控制一般对转矩和磁链采用单滞环控制,根据各滞环的输出结果来确定当前的电压矢量。因为不同的电压矢量在不同的瞬间对转矩和定子磁链的调节作用互不相同,所以,只有根据当前转矩和磁链的实时偏差合理地选择电压矢量,才有可能使转矩和定子磁链的调节过程达到比较理想的状态。有人提出了通过改进转矩调节器和磁链调节器的结构,细化了转矩和定子磁链的偏差区分,提高了系统的性能。磁链调节器和转矩调节器在结构上相同。
(2)新型开关状态选择器的研究
用施密特触发器实现直接转矩控制的转矩调节和磁链调节时,需要人为设定触发器的容差,其大小与系统的性能密切相关。为减少人为因素对系统性能的影响,有文章提出了将各种先进的智能控制理论应用于直接转矩控制的新方案,通过应用各种智能控制理论如模糊控制、人工神经网络等来选择开关状态,异步电动机直接转矩调速系统的设计与仿真研究完全抵消了触发器的容差影响,使性能改善更加明显。
(3)电压矢量选择方式的改进
直接转矩控制通过定子磁链定向对转矩进行直接控制从而选择电压矢量,虽然在各控制周期的开始时刻控制效果最佳,但