基于滑模变结构的异步电机直接转矩控制研究

论文摘要

交流传动领域中,直接转矩控制(DTC)是继矢量控制之后问世的一种新控制策略。传统的直接转矩控制具有控制结构简单、响应快速、对系统内部参数摄动和外部干扰具有强的鲁棒性,但也存在定子磁链观测不精确和电磁转矩脉动较大等问题。滑模变结构控制具有响应快、对系统参数的变化及外界干扰具有较强鲁棒性的优点,因此将滑模变结构控制策略用于异步电机的直接转矩控制中,不仅可以提高系统的鲁棒性和快速响应,同时也能减小转矩脉动和保持开关频率恒定。鉴于以上,本文做了如下研究工作：(1)定子磁链观测的性能直接影响到整个直接转矩控制系统的性能,为了使定子磁链准确的观测,本文对普遍采用的观测模型进行了改进,使定子磁链在全速范围内都能准确观测；(2)针对转矩脉动大和开关频率不恒定的问题,本文提出了一种综合滑模变结构理论与空间矢量脉宽调制调制技术(SVPWM)的控制方案。该方案基于磁链误差和转矩误差设计了滑模变结构控制器,使转矩和磁链的能够快速准确调节,控制器输出通过SVPWM调制得到逆变器开关脉冲信号,实现逆变器开关频率的恒定；(3)为了减小转速的稳态误差,本文对转速采用滑模变结构控制,与传统的PI控制相比,系统响应速度较快,同时稳态误差有明显减小。最后,通过Matlab/Simulink搭建了基于滑模变结构的异步电机DTC系统仿真模型。仿真结果表明,该系统控制定子磁链近似圆形轨迹运动,在减小了转矩脉动,使逆变器开关频率近似恒定的同时,对系统参数摄动和外部干扰表现出较强的鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 直接转矩控制的产生与发展
• 1.2.1 直接转矩控制的研究现状
• 1.2.2 直接转矩控制的发展趋势
• 1.3 滑模变结构控制的产生与发展
• 1.4 本文的主要研究工作
• 第2章 直接转矩控制理论基础和控制原理
• 2.1 异步电机在不同坐标系下的数学模型
• 2.2 直接转矩控制的基本原理
• 2.3 逆变器的8种开关状态和逆变器的电压状态
• 2.4 电压空间矢量的选择
• 2.4.1 电压空间矢量的概念
• 2.4.2 电压空间矢量对定子磁链的影响
• 2.4.3 电压空间矢量对电机转矩的影响
• 2.5 圆形磁链轨迹控制
• 2.6 本章小结
• 第3章 异步电机直接转矩控制系统设计
• 3.1 异步电机直接转矩控制系统的设计
• 3.1.1 磁链调节器和转矩调节器
• 3.1.2 定子磁链观测器设计
• 3.1.3 开关矢量表
• 3.2 直接转矩控制系统的仿真研究
• 3.2.1 仿真系统的总体构成
• 3.2.2 仿真模型的建立
• 3.2.3 仿真结果与分析
• 3.2.4 转矩脉动产生原因分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于滑模变结构的异步电机直接转矩控制系统设计
• 4.1 滑模变结构的基本概念
• 4.1.1 滑模控制基本问题
• 4.1.2 滑模控制系统设计
• 4.1.3 滑模变结构控制的性质
• 4.1.4 滑模变结构的抖振问题
• 4.2 基于滑模变结构的直接转矩控制系统设计
• 4.2.1 滑模变结构控制器的设计
• 4.2.2 滑模变结构控制器存在性和稳定性分析
• 4.2.3 减小“抖振”的处理
• 4.2.4 滑模变结构控制器减小转矩脉动原理
• 4.3 空间矢量脉宽调制技术
• 4.4 基于滑模变结构的直接转矩控制系统仿真研究
• 4.4.1 主要仿真模块的建立
• 4.4.2 仿真结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间获奖情况