基于DSP的异步电动机直接转矩控制系统研究

摘要

直接转矩控制技术(DTC)是继矢量控制技术之后发展起来的一种新型的具有高性能的交流变频调速技术,不需要将交流电机等效为直流电机,省掉了矢量旋转变换等复杂的计算。采用定子磁链定向,控制性能不受转子参数变化的影响。借助于磁链和转矩滞环控制器,直接对逆变器的开关状态进行最佳控制。它以其新颖的控制思想,简单的系统结构,优良的静态、动态性能受到了普遍的关注,得到了迅速的发展。但是,直接转矩控制也存在着转矩、磁链以及电流脉动较大,开关频率不恒定的问题。
　　本文分析了异步电动机的数学模型,详细阐述了直接转矩控制技术的基本原理,介绍了直接转矩控制系统的主要模块的设计。介绍了三种合成电压矢量的方法,其中空间矢量脉宽调制方法(Space Vector PWM,简称SVM)能够生成任意大小和方向的电压矢量。为了得到补偿磁链和转矩脉动的参考电压矢量,设计了磁链和转矩模糊控制器。模糊逻辑控制技术的引入解决了直接转矩控制性能容易受系统参数变化影响的问题,提高了系统的鲁棒性。本文提出的改进方案中设计了两个模糊控制器,故命名为双模糊SVM-DTC。
　　在MATLAB平台上对传统的直接转矩控制和提出的双模糊SVM-DTC方案进行了仿真,详细介绍了仿真模型的建立。通过比较仿真结果,证明了改进方法具有优越性,能够有效减少传统直接转矩控制中的转矩和磁链脉动,并且逆变器工作在固定的开关频率。
　　本文在采用DSP芯片TMS320LF2812为核心的平台上进行了实验,详细介绍了实验平台的搭建和电路图设计,编写了基于软件CCS3.3的实验程序。通过系统软硬件调试,验证了新方法的可行性。

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第1章 绪 论

1.1 交流调速概论

1.2 直接转矩控制的产生

1.3 直接转矩控制的特点

1.4 直接转矩控制存在的问题

1.5 直接转矩控制的改进方法

1.6 本文的主要内容及结构安排

1.7 本章小结

第2章 直接转矩控制的基本原理

2.1 异步电动机的动态数学模型

2.2逆变器的开关信号和输出电压矢量

2.3 直接转矩控制系统的基本结构

2.4 本章小结

第3章 电压矢量合成方法和模糊控制基本原理

3.1 空间矢量脉冲宽度调制技术

3.2 占空比调制技术

3.3 三电平逆变器

3.4 模糊控制基本理论

3.5 本章小结

第4章 双模糊SVM-DTC系统的设计与仿真

4.1 双模糊SVM-DTC系统的设计

4.2 系统仿真与结果分析

4.3 本章小结

第5章 基于DSP的系统软硬件设计

5.1 调速系统的硬件组成

5.2 DSP数字实验平台硬件设计

5.3 双模糊SVM-DTC控制系统的软件设计

5.4 实验波形与分析

5.5 本章小结

第6章 本文主要工作总结和展望

6.1 本文的主要工作和意义

6.2 工作展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文及研究成果