降低转矩脉动的无速度传感器直接转矩控制系统的研究

论文摘要

直接转矩控制（DTC）技术以其算法新颖、控制方案简单及性能优越等特点受到了人们的普遍重视,但在它的一个采样周期内,只有有限且不连续的空间电压矢量可供选择,使得转矩急剧地增加或减少,导致转矩的脉动远远超过设定的滞环宽度,产生较大的脉动。本文针对异步电动机直接转矩控制系统低速转矩脉动大这一问题进行了深入的研究。本文首先从物理和数学两个角度详细分析了传统直接转矩控制产生较大转矩脉动的原因。并在此基础上,详细阐述了一种可以有效降低转矩脉动的异步电机离散空间电压矢量调制一直接转矩控制（DSVM—DTC）系统。在DSVM-DTC中,根据同一电压空间矢量在不同的速度范围对转矩具有不同的影响,构建了各个扇区在不同速度范围的详细的开关表,仿真结果表明此种方法可以较大程度地降低转矩脉动。随后,本文将模糊逻辑控制运用于直接转矩控制中,采用模糊控制器取代传统的转矩、磁链滞环比较器,克服了传统直接转矩控制中无法准确区分定子磁链偏差、转矩偏差等级,以及对于一些不确定因素引起的微小偏差变化不能及时控制的缺点。在某一固定扇区,有些电压矢量可起双重作用（即一半作用为正,一半作用为负）,这里充分利用这些电压矢量构建了改进的模糊开关表,使模糊直接转矩控制可以较大的降低转矩脉动。然后,进一步对不同的解模糊方法对系统性能的不同影响作了仿真分析与比较,结果表明COA方法较差而另外3种方法对抑制转矩脉动的效果差不多。其次,本文提出了一种基于模型参考自适应模糊控制（MRAFC）的速度估计器。在传统模型参考自适应控制中,采用固定系数P-I的自适应率,而在仿真中发现,估计转速在减速模式下的超调较大,因而本文提出了一种自调节系数的模糊PI自适应率,且根据已有的经验建立了自适应系数的模糊规则表。在MRAFC中,参考与估计转子磁链之间的偏差不断地更新P-I增益直到误差为零。最后,波波夫超稳定定律保证了系统的稳定性。经过仿真比较,所提出的速度估计器在动态性能方面比传统速度估计器好的多。最后,基于Matlab/Simulink仿真平台分别构建了无速度传感器DTC、DSVM-DTC、FDTC的仿真模型,并进行对比仿真研究。仿真结果表明,改进的方法在保留传统DTC动态性能的情况下,明显减小了转矩脉动,有效的改善了直接转矩控制的低速运行性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 现代变频调速的意义及现状
• 1.2 直接转矩控制技术的产生及特点
• 1.3 直接转矩控制技术的研究现状
• 1.4 本文的研究意义及主要工作
• 1.5 小结
• 2 异步电机直接转矩控制系统的基本原理
• 2.1 异步电动机的数学模型
• 2.2 逆变器的开关状态及电压空间矢量
• 2.3 逆变器的数学模型
• 2.4 异步电机直接转矩控制系统的基本原理
• 2.5 小结
• 3 降低转矩脉动的新型直接转矩控制策略
• 3.1 传统直接转矩控制转矩脉动分析
• 3.2 降低转矩脉动的新型直接转矩控制方法
• 3.3 小结
• 4 无速度传感器直接转矩控制系统的速度辨识
• 4.1 引言
• 4.2 速度辨识算法概述
• 4.3 基于传统模型参考自适应算法的转速估计
• 4.4 改进的 MRAC的转速估计算法
• 4.5 两种转速估计方法的仿真性能比较
• 4.6 小结
• 5 无速度传感器的改进直接转矩控制系统的仿真实现
• 5.1 无速度传感器的异步电机 DSVM-DTC系统的仿真
• 5.2 无速度传感器模糊直接转矩控制系统的仿真
• 5.3 小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文
• 参考文献