异步电动机直接转矩控制策略研究

论文摘要

直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后，发展起来的又一种高性能交流变频调速技术。然而，传统的直接转矩控制策略在转矩脉动和磁链轨迹方面存在许多不足，影响其发展和应用。本文在异步电动机直接转矩控制系统理论分析的基础上，针对传统的直接转矩控制策略存在转矩、磁链脉动较大，电流谐波大，开关频率不固定等问题，分别从定子磁链观测器和控制策略两方面进行改进研究。定子磁链观测器精度直接影响着直接转矩控制系统的性能。本文在分析传统定子磁链观测模型优缺点的基础上，针对电压模型存在直流漂移和误差积累的问题介绍了几种常用的改进方案，在此基础上，设计了基于幅值和相位补偿的定子磁链观测模型来提高磁链观测精度。在控制策略方面，分析了传统直接转矩控制系统的性能，针对其存在的转矩脉动大、开关频率不固定等问题，设计了基于矢量细分法的直接转矩控制策略和基于空间矢量脉宽调制的直接转矩控制策略（SVM-DTC），使系统性能得到有效提高，并对控制算法进行了详细阐述。然后，利用Matlab7.6/Simulink对传统直接转矩控制、矢量细分法和SVM-DTC进行了仿真比较，验证了改进策略能够有效的减小转矩脉动和电流谐波，并能使逆变器获得固定的开关频率。最后，以数字处理器TMS320LF2407A为控制核心、异步电动机为控制对象，分别设计了直接转矩控制变频调速系统的硬件部分和软件部分，通过实验结果验证了理论分析的正确性和有效性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 引言
• 1.1 交流调速技术的发展和现状
• 1.1.1 交流调速控制策略的发展
• 1.1.2 电力电子技术的发展
• 1.1.3 微处理器的发展
• 1.2 直接转矩控制技术的综述
• 1.2.1 直接转矩控制技术的研究现状
• 1.2.2 直接转矩控制技术的特点
• 1.2.3 直接转矩控制技术存在的问题
• 1.3 本课题的研究意义
• 1.4 本文研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 2 直接转矩控制基本原理
• 2.1 异步电动机动态数学模型
• 2.1.1 坐标变换
• 2.1.2 静止两相坐标系下的异步电动机动态数学模型
• 2.2 直接转矩控制基本理论
• 2.2.1 直接转矩控制基本思想
• 2.2.2 理想逆变器数学模型
• 2.2.3 电压空间矢量概念
• 2.2.4 电压空间矢量与定子磁链的关系
• 2.2.5 电压空间矢量与电磁转矩的关系
• 2.3 直接转矩控制系统结构
• 2.3.1 磁链控制
• 2.3.2 转矩控制
• 2.3.3 定子电压空间矢量的选择
• 2.4 本章小结
• 3 定子磁链观测器研究
• 3.1 传统的定子磁链观测模型
• 3.1.1 基于定子电压和电流的磁链观测模型（ u-i模型）
• 3.1.2 基于定子电流和转速的磁链观测模型（ i-n模型）
• 3.1.3 基于定子电压和转速的磁链观测模型（ u-n模型）
• 3.2 传统 u-i模型的局限性
• 3.2.1 u-i模型误差分析
• 3.2.2 定子磁链幅值和相位观测误差的影响
• 3.3 改进的定子磁链观测模型
• 3.3.1 基于低通滤波器的定子磁链观测模型
• 3.3.2 带幅值补偿的定子磁链观测模型
• 3.3.3 带幅值和相位补偿的定子磁链观测模型
• 3.4 本章小结
• 4 直接转矩控制系统的改进控制策略研究
• 4.1 传统直接转矩控制系统的性能分析
• 4.1.1 转矩脉动分析
• 4.1.2 定子磁链轨迹分析
• 4.2 改进的直接转矩控制策略
• 4.2.1 基于矢量细分法的直接转矩控制系统
• 4.2.2 基于空间矢量脉宽调制的直接转矩控制系统
• 4.3 本章小结
• 5 系统仿真结果分析
• 5.1 MATLAB/Simulink 仿真工具简介
• 5.2 直接转矩控制系统基本仿真模块
• 5.2.1 3/2 坐标变换模块
• 5.2.2 磁链和转矩观测模块
• 5.2.3 磁链和转矩调节模块
• 5.2.4 定子磁链扇区判断模块
• 5.2.5 SVPWM 模块
• 5.3 直接转矩控制系统的仿真结果
• 5.3.1 基于开关表的直接转矩控制系统的仿真
• 5.3.2 基于矢量细分法的直接转矩控制系统的仿真
• 5.3.3 基于 SVPWM 的直接转矩控制系统的仿真
• 5.4 本章小结
• 6 交流调速系统硬件电路和软件设计
• 6.1 系统硬件电路设计
• 6.1.1 主电路
• 6.1.2 PWM 信号隔离驱动电路
• 6.1.3 电流电压检测及其调理电路
• 6.2 系统软件设计
• 6.2.1 主程序
• 6.2.2 中断服务子程序
• 6.3 实验结果与分析
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集