基于DSP的直接转矩智能控制的研究与完善

论文摘要

直接转矩控制(Direct Torque Control简称DTC)是继矢量控制技术之后发展起来的高性能调速系统,由于其简洁明了的系统结构、优良的动静态性能,近年来得到了迅速的发展。本文在详细的介绍了直接转矩控制技术的产生与发展的基础上,根据其目前的发展现状及研究热点,提出了新型的速度辨识器和磁链观测器。直接转矩技术虽然有诸多优点,但目前在理论上尚不成熟,不够完善,其经典模型固有的缺陷一直阻碍着系统的进一步发展。要实现高性能的调速系统就要检测异步电机转速,但速度传感器的安装增加了系统的复杂性,降低了可靠性和鲁棒性,并增加了系统的成本和维护要求。因此无速度传感器技术成为目前研究的热点。本文提出了用人工鱼群算法优化神经网络构造速度辨识器,将其放在MATLAB/simulink直接转矩控制平台中,在线运行时,与单一BP神经网络相比,根据仿真结果训练曲线很好的跟踪了实际曲线,并且系统在其他性能也有明显的改善。例如,电机转矩脉动明显减小,磁链波动也明显减小。本文首次将人工鱼群算法运用到直接转矩控制系统当中,通过仿真可以看出人工鱼群算法优化BP神经网络构造的速度辨识器也是无速度传感器发展的一次有力探索。为了改善电机的低速性能,我们把人工鱼群算法优化神经网络构造磁链观测器以软件的形式嵌入到DSP当中,用智能测控综合实验台完成直接转矩控制,由于改进后的神经网络具有并行计算的能力,因此具有良好的动态响应能力。实验结果证明了该方法的可行性,所以这种模型可以直接作为异步电机调速系统中的磁链反馈量。同时通过实验证明了本文选用的方法对降低定子电阻影响电机转速的不稳定因素有着抑制作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 交流电机控制系统的发展和现状
• 1.2 直接转矩控制技术的产生与发展
• 1.3 直接转矩控制主要特点
• 1.4 直接转矩控制存在的问题及目前的研究热点
• 1.5 本课题的主要目的及任务
• 第二章 直接转矩控制的基本原理
• 2.1 电机的数学模型
• 2.1.1 异步电机方程
• 2.2 坐标变换
• 2.3 直接转矩控制原理
• 2.3.1 逆变器结构与电压矢量
• 2.3.2 电压矢量对定子磁链的影响
• 2.3.3 电压矢量对转矩的影响
• 2.4 直接转矩控制系统结构
• 2.4.1 转矩、磁链的滞回控制
• 第三章 直接转矩控制系统仿真
• 3.1 MATLAB/Simulink仿真软件简介
• 3.2 直接转矩控制系统的构架
• 3.2.1 扇区选择模块
• 3.2.2 逆变器开关脉冲信号产生模块
• 3.3 速度辨识器的设计
• 3.3.1 速度辨识在直接转矩控制中的意义
• 3.3.2 BP神经网络模型
• 3.3.3 BP网络及缺陷
• 3.3.4 速度辨识器模型的构造
• 3.4 鱼群模式
• 3.4.1 视觉
• 3.4.2 鱼群行为分析
• 3.4.3 问题的解决
• 3.5 基本人工鱼群算法
• 3.5.1 人工鱼群算法简介
• 3.5.2 算法描述
• 3.6 人工鱼群算法中鱼群个体数目选择
• 3.7 人工鱼群算法全局收敛的基础
• 3.8 人工鱼群算法优化BP神经网络的训练过程
• 3.9 仿真实验结果分析
• 3.9.1 异步感应电动机的各参数设置
• 3.9.2 数据采集
• 3.9.3 训练误差分析
• 3.9.4 离线训练的方法
• 3.9.5 人工鱼群算法优化BP神经网络速度辨识器在线运行方案
• 3.9.6 仿真结果分析
• 3.9.7 结论
• 第四章 直接转矩控制系统设计与实验结果分析
• 4.1 数字信号处理芯片TMS320F240简介
• 4.2 直接转矩控制系统硬件
• 4.2.1 主回路硬件系统框图
• 4.2.2 逆变器结构图
• 4.2.3 电压及电流传感器
• 4.3 控制回路硬件系统
• 4.4 直接转矩控制系统软件设计
• 4.4.1 DSP软件设计集成开发环境CCS
• 4.4.2 DSP软件编程语言
• 4.5 控制算法的软件设计
• 4.5.1 主程序设计
• 4.5.2 DSP初始化模块
• 4.5.3 测速中断程序
• 4.5.4 直接转矩控制子程序
• 4.6 磁链观测器在DSP中的应用
• 4.6.1 磁链观测器的构建
• 4.6.2 磁链观测器的离线训练
• 4.7 实验结果分析
• 4.7.1 直接转矩控制系统实验曲线
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢