异步电机直接转矩控制系统的设计与研究

论文摘要

矢量控制和直接转矩控制奠定了现代交流调速理论的基础。矢量控制对系统的参数要求相对较高且需要复杂的坐标变换,不利于实现,因此在应用上具有一定的局限性。直接转矩控制极大地改进了矢量控制所存在的弊端,它强调对转矩和磁链的直接控制,不需要复杂的坐标变换,控制方便且具有较快的动静态响应速度,因此直接转矩控制自发明之初便得到了迅速的推广和应用。直接转矩控制虽然有很多优点,但也存在不足：在低速时,采用传统的磁链观测器容易产生较大的误差,转矩波动较为严重；定子电阻的辨识问题和无速度传感器直接转矩控制系统中的速度辨识问题等。这些问题都在一定程度上影响了直接转矩控制的应用。本文针对上述问题,做了以下几个方面的工作。首先,对直接转矩控制理论做了较为详尽的介绍,并在此基础上进行仿真验证,证明了所搭建的系统是正确合理的。其次,详细讨论了定子电阻变化给系统带来的影响,并提出了定子电阻检测的经验修正方法,该方法较好的解决了定子电阻变化对系统的影响,在系统精度要求不高的场合有一定的推广意义。同时提出了一种直接改变电机真实定子电阻的仿真方法,替代了传统的通过改变磁链观测器中的定子电阻来模拟电机定子电阻变化的现状,使得仿真更加接近于实际。最后,对无速度传感器直接转矩控制系统的速度辨识问题进行了一定的研究,本文利用模型参考自适应的方法,较好的解决了转子速度的在线辨识问题,同时在此基础上对定子电阻的在线辨识也进行了一定的研究与分析。为了更好的实现直接转矩控制的性能,在磁链观测器方面用具有幅值限制的低通滤波器代替了传统纯积分器,使得磁链的观测更为精确,转速也更为稳定。最后在全部改进的基础上,对系统进行了仿真验证,取得了较好的实验结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 交流调速技术的发展及现状
• 1.2 直接转矩控制技术
• 1.2.1 直接转矩控制的研究现状
• 1.2.2 直接转矩控制技术的特点及研究方向
• 1.3 论文的主要内容
• 1.4 本章小结
• 2 直接转矩控制系统中各模型的建立
• 2.1 异步电机的数学模型
• 2.1.1 电压方程
• 2.1.2 磁链方程
• 2.1.3 转矩和运动方程
• 2.2 逆变器的数学模型和电压空间矢量
• 2.3 电压空间矢量与定子磁链和电磁转矩的关系
• 2.3.1 电压空间矢量与定子磁链的关系
• 2.3.2 电压空间矢量与电磁转矩的关系
• 2.4 本章小结
• 3 直接转矩控制系统的基本结构及其仿真
• 3.1 直接转矩控制系统的原理
• 3.2 各子模块的建立及总仿真模型
• 3.2.1 转矩估算及调节模块
• 3.2.2 定子磁链的观测及调节
• 3.2.3 逆变器开关脉冲信号的生成模型
• 3.3 系统的总体仿真模型及其仿真结果分析
• 3.3.1 系统的总体仿真结构
• 3.3.2 直接转矩控制系统仿真结果及其分析
• 3.4 本章小结
• 4 直接转矩控制系统中定子电阻检测方法的研究
• 4.1 低速下定子电阻对系统的影响及其仿真分析
• 4.1.1 定子电阻对DTC系统的影响
• 4.1.2 定子电阻变化对系统影响的仿真分析
• 4.2 电机内部实际定子电阻变化的仿真实现
• 4.3 电机定子电阻估计的经验修正及仿真验证
• 4.4 本章小结
• 5 基于MRAS的直接转矩控制系统的研究
• 5.1 基于MRAS的转子转速辨识
• 5.1.1 转子速度辨识原理及模型的建立
• 5.1.2 速度辨识的仿真
• 5.2 基于MRAS的定子电阻辨识
• 5.2.1 定子电阻辨识的原理及模型建立
• 5.2.2 定子电阻辨识的仿真分析
• 5.3 基于改进型积分器的模型参考自适应的研究
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢