基于新型抗积分饱和控制器的感应电机直接转矩控制系统的仿真研究

摘要

感应电机具有结构简单、易于制造和维护、价格便宜的优点，但是感应电机的调速性能比较差，控制方法复杂，因此需要一种先进的调速技术对感应电机进行有效的控制。直接转矩控制(DTC)技术的控制方法直接、控制量明确、动静态性能优越，省去了复杂的坐标变换，减少了对电机参数的依赖性，鲁棒性好。其简单有效的控制策略，使其非常适合于应用到感应电机的控制上。
　　本文的工作主要集中在以下三个方面:
　　(1)首先，对感应电机的数学模型和DTC的基本原理进行了分析，在此基础上，对DTC系统进行了模块化处理，利用MATLAB/Simulink仿真软件，设计了感应电机模块、逆变器模块、磁链和转矩估计模块、开关表模块以及转速估计模块，把这五个模块组合在一起，就建立了感应电机DTC系统的整体仿真系统。对本系统进行了仿真，仿真结果达到了预期的效果，验证了本文的仿真方案是可行的和有效的。另外从结果上看，感应电机存在两个方面的问题，一是存在积分饱和的现象;二是起动电流峰值过大。
　　(2)PI控制器存在非线性的积分饱和现象，因此在本文中，采用了一种新型的抗积分饱和（Anti-Windup）PI控制器，这种控制器在PI控制器的基础上进行了改善，提高了PI控制器的性能并且保留了PI控制器简单方便、易于实现的优点。
　　首先给出了新型抗积分饱和控制器的结构图和数学模型，分析了新型Anti-WindupPI控制器的工作原理，并且对它的稳定性进行了理论分析，得出了新型Anti-WindupPI控制器的稳定条件。然后用MATLAB/Simulink建立了新型Anti-WindupPI控制器的仿真模型。作为比较和参考，还引进了工程上常用的抗积分饱和控制器:反计算控制器，给出了反计算控制器的结构图，并且建立了仿真模型。最后用传统PI控制器、反计算控制器和新型抗积分饱和控制器进行了系统的仿真，最后结果显示，新型抗积分饱和控制器的性能优于传统PI控制器和反计算控制器。
　　(3)感应电机直接转矩控制系统在启动时，电流的峰值非常大，远远超出了所允许的最大电流，这会引起频繁的保护动作，甚至损毁系统。本文从启动时的定子磁链、转速、转矩和电流出发，用MATLAB/Simulink做了相应的仿真研究，阐述了它们对启动电流脉动的影响，根据仿真的结果，最后采用了一种限流启动方法，这种方法简单、实用，并且能够有效的抑制启动电流的峰值，而又不影响电机的其他性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 背景介绍

1．2 电机的发展

1．3 感应电机的介绍

1．4 交流调速技术的发展

1．4．1 计算机技术的发展

1．4．2 电力电子技术的发展

1．4．3 感应电机调速技术的发展

1．5 直接转矩控制技术的发展现状

第2章 感应电机DTG系统的原理及其建模仿真研究

2．1 感应电机的数学模型

2．2 DTC技术的原理介绍和仿真设计

2．2．1 磁链和转矩估计模块

2．2．2 转速估计模块

2．2．3 开关选择表模块

2．2．4 逆变器模块

2．2．5 感应电机模块

2．2．6 DTC系统的整体仿真图

2．3 仿真结果

2．4 本章小结

第3章 新型抗积分饱和(Anti-Windup)控制器

3．1 新型Anti-Windup PI控制器的原理

3．2 新型Anti-Windup PI控制器的稳定性分析

3．2．1 在线性区稳定的条件

3．2．2 系统由饱和区收敛到线性区的条件

3．3 仿真设计

3．4 仿真结果和分析

3．6 本章总结

第4章 限流启动措施

4．1 启动过程分析

4．1．1 自然启动

4．1．2 磁链比例限幅启动

4．1．3 缓速启动方式

4．1．4 转矩限幅启动

4．1．5 限流启动

4．2 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文

附录