交流异步电机直接转矩控制调速系统

论文摘要

本文主要研究交流异步电动机的直接转矩调速控制系统。首先介绍了现代交流调速技术的发展历史及其研究现状,详述直接转矩控制系统的基本原理,介绍了交流异步电动机在定子静止两相坐标系Oαβ上的数学模型,电磁转矩模型以及磁链模型。分析了电压空间矢量对电磁转矩以及定子磁链的影响,设计了电磁转矩和定子磁链的滞环控制器,建立了传统直接转矩控制的开关状态表。分析了传统直接转矩控制策略的缺陷,采用了一种新型的控制策略:预期合成矢量直接转矩控制,减小了传统直接转矩固有的转矩和磁链的脉动,并介绍了基于空间矢量调制(Space Vector Modulation,SVM)的任意电压空间矢量的实现。利用MATLAB/Simulink建立了传统直接转矩控制系统和预期合成矢量的直接转矩控制系统的仿真模型,进行了仿真实验,并进行了仿真结果对比分析,仿真结果表明本文研究的两种控制策略都是正确可行的,预期合成矢量直接转矩控制系统能够明显减小转矩和磁链的脉动,提高直接转矩的控制性能。依据直接转矩控制原理,以电机控制专用的DSP芯片TMS320LF2407为核心,设计、开发了一套基于SVM的传统直接转矩控制的变频调速系统。在硬件方面,以TMS320LF2407DSP为控制器,设计了系统的主电路和控制电路。在软件方面,用TMS320LF2407汇编语言编制程序实现SVM电压空间矢量调制和传统直接转矩控制,从而达到电动机变频调速的目的。实验中采集了实验电机的电流、磁链、转矩和速度波形,并且把实验结果和仿真结果进行了比较,结果表明本文设计的直接转矩调速控制系统具有结构简单、性能良好、运行稳定等特性,为交流异步电动机的高性能变频调速奠定了良好的理论及技术基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 交流调速技术的发展及现状
• 1.2 电力电子技术的发展及现状
• 1.3 微处理器的发展及现状
• 1.4 课题研究的意义
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第二章 交流异步电机直接转矩控制调速系统分析与设计
• 2.1 变频调速的基本原理
• 2.2 交流异步电机直接转矩控制的基本原理
• 2.3 异步电机定子轴系数学模型
• 2.3.1 异步电机的电磁转矩模型
• 2.3.2 异步电机的磁链模型
• 2.4 逆变器的开关状态和电压空间矢量
• 2.5 电压空间矢量对磁链和转矩的影响
• 2.5.1 电压空间矢量对磁链的影响
• 2.5.2 电压空间矢量对转矩的影响
• 2.6 电压空间矢量的正确选择
• 2.6.1 磁链和转矩的控制
• 2.6.2 扇区的划分与确定
• 2.6.3 传统直接转矩开关状态表
• 2.7 预期合成矢量直接转矩控制
• 2.8 空间电压矢量的实现
• 本章小结
• 第三章 直接转矩控制系统建模与仿真
• 3.1 MATLAB 仿真工具简介
• 3.2 传统直接转矩控制系统仿真模型
• 3.2.1 电机仿真模型
• 3.2.3 磁链观测仿真模型
• 3.2.4 转矩观测仿真模块
• 3.2.5 转矩和磁链滞环控制仿真模块
• 3.2.6 定子磁链扇区判断仿真模块
• 3.2.7 电压空间矢量选择仿真模块
• 3.2.8 SVM 仿真模型
• 3.3 预期合成矢量直接转矩控制系统仿真模型
• 3.3.1 磁链幅值及位置角度计算仿真模块
• 3.3.2 转矩PI 调节器
• 3.3.3 预期电压矢量生成仿真模型
• 3.4 仿真结果对比及分析
• 3.4.1 仿真结果
• 3.4.2 仿真结果分析
• 本章小结
• 第四章 控制系统硬件电路设计及实现
• 4.1 控制系统硬件主电路设计
• 4.1.1 整流电路
• 4.1.2 逆变电路设计
• 4.2 采样电路设计
• 4.2.1 电流采样电路设计
• 4.2.2 直流母线电压采样电路设计
• 4.2.3 速度采样电路设计
• 4.3 DSP 控制板
• 本章小结
• 第五章 控制系统软件设计及实现
• 5.1 DSP 软件编程特点
• 5.1.1 公共目标文件格式
• 5.1.2 定标及标幺值
• 5.2 直接转矩控制系统的软件实现
• 5.2.1 主程序模块
• 5.2.2 中断处理程序
• 本章小结
• 第六章 实验结果及分析
• 6.1 实验装置及实验参数
• 6.2 实验结果
• 6.3 实验结果分析
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢