感应电机三相四开关控制技术研究

摘要

随着电力电子技术和电机控制理论的不断发展，交流电机调速系统或伺服系统得到了越来越广泛的应用。在交流传动控制系统中，感应电机的诸多优点使其成为高精度调速或伺服系统最常用的电机之一，针对感应电机控制系统的研究也成为近年来的研究热点。基于常规三相六开关逆变器的交流电机驱动系统已经非常成熟，然而某些应用场合，人们希望进一步节约成本，并且希望驱动器具有容错运行的能力，因此基于三相四开关逆变器的电机运行方式应运而生。本文对四开关运行方式进行理论分析，对其控制性能性能研究，并提出将模型预测直接转矩控制算法应用在该系统当中，以期获得更好的动静态特性。
　　本文首先分析了感应电机的数学模型，并推导了常规三相六开关逆变器的数学模型及电压空间矢量，简单阐述了感应电机直接转矩控制算法的基本原理，及其优势和劣势。详细分析了六开关运行方式下直接转矩控制的实现过程。并通过搭建Simulink仿真模型对其控制效果进行了研究，指出直接转矩控制动静态特性的矛盾，验证了理论分析的正确性和算法的有效性。
　　根据直接转矩控制策略的实现过程，本文针对三相四开关逆变器感应电机控制系统，重新构建了基于该拓扑的直接转矩控制算法，包括重新计算了逆变器的数学模型，重新定义了驱动器的电压空间矢量，重新进行了扇区分配以及各种情况下电压矢量的选择。并基于理论分析搭建了系统离线仿真模型，仿真结果表明算法设计合理且切实可行。但同时指出，由于供电条件的恶化，加之直接转矩控制固有的缺点，系统稳态性能较差、转矩脉动严重的问题。
　　为了解决系统通静态特性的矛盾，本文引入了模型预测控制思想，将其应用在三相四开关感应电机驱动系统中。详细分析了该算法的基本原理和工作过程，包括预测模型、目标函数、滚动优化等。通过仿真，与常规直接转矩控制的控制性能进行了对比。发现该算法在保持了良好的动态特性的同时，有效地改善了系统的静态特性，符合理论分析的结论。
　　最后，本文搭建了基于三相四开关逆变器供电的感应电机驱动系统实验平台，以TMS320F28335DSP为核心控制芯片编写算法，对整个控制系统进行了实物实验，证明了前文提出的控制策略在实际应用中的可行性及有效性，并取得了良好的控制效果。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 感应电机驱动系统发展现状

1.3 三相四开关逆变器研究现状

1.4 模型预测控制算法研究现状

1.5 本文主要研究内容

第2章 感应电机直接转矩控制

2.1 引言

2.2 感应电机数学模型

2.3 三相六开关逆变器数学模型

2.4 直接转矩控制原理

2.5 仿真结果及分析

2.6 本章小结

第3章 三相四开关逆变器直接转矩控制

3.1 引言

3.2 三相四开关逆变器工作原理

3.3 三相四开关逆变器直接转矩控制

3.4 仿真结果及分析

3.5 本章小结

第4章 三相四开关逆变器模型预测直接转矩控制

4.1 引言

4.2 模型预测直接转矩控制基本原理

4.3 模型预测直接转矩仿真分析

4.4本章小结

第5章 感应电机调速系统设计及实物实验

5.1 引言

5.2 硬件设计

5.3 算法实验验证

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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