异步电机直接转矩控制技术若干问题研究

论文摘要

异步电机直接转矩控制是一种具有控制思想简明、动态响应速度快等优点的交流调速方法。但是这种控制方法也存在不完善、不成熟之处,因此改善和提高控制系统的性能成为了直接转矩控制研究的热点。在保持其快速响应特点的同时,本文针对磁链、转矩波动相对较大和定子电阻变化对系统性能的影响这两个方面,对异步电机直接转矩控制做了深入的分析和研究。首先,本文的研究从异步电动机的数学模型出发,详细阐述了直接转矩控制原理。并通过对电机和直接转矩控制系统MATLAB/Simulink建模和仿真,验证直接转矩控制的快速响应性能。其次,本文针对直接转矩控制系统中定子电阻的变化对系统性能的影响,提出了定子电阻估算的改进策略。定子电阻的估算策略是从电机的模型出发,根据定子电流跟随定子电阻变化的特性,采用PI调节器对电阻进行补偿,使转矩和磁链的重新回到稳定状态。本文通过对定子电阻估算策略进行MATLAB/Simulink建模和仿真,验证理论的正确性。再次,本文针对直接转矩控制中磁链、转矩脉动相对较大,提出了基于空间矢量调制的直接转矩控制（SVM-DTC）的改进策略。SVM-DTC是空间矢量与直接转矩相结合,采用两个PI控制器取代传统直接转矩控制系统中的滞环控制器,可以得到一个准确的参考电压矢量来补偿当前定子磁链和转矩的误差。然后,利用空间矢量调制技术将参考电压矢量转换成相应的PWM开关信号,实现实时的控制而达到减少转矩脉动的作用。本文通过对SVM-DTC策略进行MATLAB/Simulink建模和仿真,验证理论的正确性。最后,本文在仔细研究异步电动机控制策略的基础上,使用数字信号处理器DSP作为微处理器,搭建出异步电动机的控制系统。实现了SVM-DTC直接转矩控制系统的交流调速,并验证了该方法的有效性与实用性。论文最后,总结了整个系统的成功和不足,并展望了直接转矩控制今后的发展。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 交流电动机调速技术的发展概况
• 1.1 交流电动机调速技术的发展和现状
• 1.2 交流调速系统的必要性和特点
• 1.2.1 交流调速系统与直流调速系统的比较
• 1.2.2 交流调速系统的难点和复杂性
• 1.2.3 现代交流调速系统的发展趋势和动向
• 1.3 直接转矩控制技术概况
• 1.3.1 直接转矩控制技术的产生与发展
• 1.3.2 直接转矩控制系统研究的现状
• 1.4 本论文的研究内容
• 第二章 直接转矩控制理论
• 2.1 异步电动机动态数学模型
• 2.2 逆变器模型与空间电压矢量
• 2.2.1 逆变器
• 2.2.2 空间电压矢量
• 2.3 直接转矩控制系统的基本结构
• 2.3.1 定子磁链和转矩观测单元
• 2.3.2 坐标3/2 变换单元
• 2.3.3 磁链幅值运算及磁链区域划分
• 2.3.4 磁链调节器
• 2.3.5 转矩调节器
• 2.3.6 电压状态选择器单元
• 2.3.7 转速调节器
• 2.4 系统建模与仿真
• 2.4.1 异步电机仿真模型
• 2.4.2 异步电机仿真实验
• 2.4.3 直接转矩控制仿真模型
• 2.4.4 直接转矩控制仿真实验
• 本章小结
• 第三章 定子电阻估算
• 3.1 定子电阻估算原理
• 3.1.1 定子电阻估计器
• 3.1.2 参考电流的计算
• 3.2 定子电阻估算仿真
• 3.2.1 基于定子电阻估算直接转矩控制仿真建模
• 3.2.2 仿真结果
• 本章小结
• 第四章 基于空间矢量调制的直接转矩控制
• 4.1 基于空间矢量调制原理
• 4.1.1 空间矢量作用时间
• 4.1.2 基于空间矢量调制的直接转矩控制
• 4.2 基于空间矢量调制的直接转矩控制的实现
• 4.2.1 参考电压扇区确定
• 4.2.2 相邻两矢量作用时间T1 和T2（Tm）的确定
• 4.2.3 电压矢量的切换
• 4.3 基于空间矢量调制直接转矩控制仿真
• 4.3.1 空间矢量调制模型
• 4.3.2 仿真结果
• 本章小结
• 第五章 系统实验及结果
• 5.1 调速控制器的硬件设计
• 5.1.1 主电路
• 5.1.2 检测及保护电路
• 5.1.3 TM5320LF240X DSP 芯片
• 5.2 调速控制器的软件设计
• 5.3 系统实验及结果
• 本章小结
• 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间研究成果