基于定子磁链低通滤波观测的直接转矩控制系统研究

摘要

本文从异步电机的数学模型出发，推导了异步电机简化数学模型，同时结合空间矢量的概念介绍了直接转矩的基本原理。磁链轨迹控制PWM是直接转矩控制的基础，也是现代变频器普遍采用的控制方法。利用空间矢量的概念，推导了直接转矩控制系统中电压空间矢量的选择规则。为了深入理解直接转矩系统，在理论和应用上对直接转矩控制和矢量控制进行了比较分析。定子磁链观测是直接转矩控制系统中很重要的环节，本文对这部分内容进行了深入的分析。首先详细分析了几种常用的观测方法：U-I观测法，I-n观测法，U-n观测法以及低通滤波器观测法，并分析了它们的优缺点。在此基础上提出了一种低通滤波器的定子磁链观测补偿方法，通过仿真证实了这种方法的有效性和优越性。 根据定点DSP的特点，研究了利用TMS320F2407实现异步电动机直接转矩控制的硬件和软件。在硬件设计中对电压、电流采样电路，IGBT驱动电路以及通讯和人机接口电路进行了设计。在软件设计中对系统进行了整体设计和分析，研究了一种空间电压矢量PWM的实现方法，同时针对转矩和磁链一拍误差的问题本文提出了一种简化预测方法。

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第1章绪论

1.1引言

1.2交流调速技术综述

1.3交流调速控制策略的现状和发展

1.4直接转矩控制方法综述

1.4.1磁通控制

1.4.2转矩控制

1.5本课题的研究意义及主要内容

第2章异步电机的数学模型与直接转矩的基本原理

2.1异步电机的数学模型

2.1.1异步电机稳态数学模型

2.1.2异步电机动态数学模型

2.1.3定子电压空间矢量

2.2直接转矩控制的基本原理

2.2.1定子磁链控制

2.2.2转矩调节器

2.2.3电压空间矢量的选择

2.3直接转矩控制系统稳定性分析

2.4直接转矩控制与矢量控制的对比

2.4.1矢量控制

2.4.2 DTC和FOC的区别

2.5本章小节

第3章磁链和转矩观测方法研究

3.1定子磁链的观测模型

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基于定子电压电流和转速的磁链观测模型(U-I-n模型)

3.1.4低通滤波器观测法

3.1.5低通滤波器观测法的改进

3.2转矩分析

3.2.1转矩脉动分析

3.2.2速度调节器的设计

3.3本章小节

第4章定子磁链观测仿真研究

4.1直接转矩控制系统仿真模型

4.2采用积分环节的定子磁链观测

4.3采用低通滤波器的定子磁链观测

4.4采用改进的低通滤波器的定子磁链观测

4.5仿真分析

4.6本章小节

第5章控制系统的硬件及软件设计

5.1直接转矩控制系统的基本框图

5.2定子电压的获取方法

5.3基于DSP的系统硬件电路设计

5.3.1 DSP内部结构

5.3.2系统主电路

5.3.3电流采样电路

5.3.4电压采样电路

5.3.5串行通讯电路设计

5.3.6人机交互部分电路设计

5.3.7IGBT驱动要求

5.3.8驱动芯片组工作原理

5.3.9 IGBT驱动电路

5.4直接转矩控制系统的软件设计

5.5电压空间矢量的实现方法

5.6转矩和磁链一拍误差的补偿

5.7本章小结

结论

参考文献

致谢

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附录B 攻读学位期间参与的研究项目