感应电机直接转矩控制低速性能优化研究

摘要

感应电机直接转矩控制以其相对简单、直接的控制方法，高性能的控制效果在现代交流传动领域有着越来越广泛的应用。然而由于自身控制的特点，使其在低速时表现出转矩脉动大、磁链观测不准、开关频率低且不固定等缺陷，影响整体控制性能，限制了进一步推广，因此，研究优化策略改善低速性能是解决问题的关键。
　　 文章首先从感应电机、逆变器的数学模型出发，分析电压空间矢量原理，进而阐述直接转矩控制系统的基本思路，并对其进行Matlab/Simulink仿真研究。然后推导直接转矩控制低速缺陷的产生原因，为进行优化提供基础。
　　 针对感应电机控制系统低速时复杂、多变、强耦合的特性，采用模糊控制方法进行优化，设计速度调节器的P-模糊自整定PID双段控制策略，并对磁链观测器进行低通滤波，克服U-I模型纯积分环节带来的估计误差，设计磁链、转矩的模糊控制器取代传统的两点式调节器，对采用的电压空间矢量进行模糊选择，仿真结果表明这种控制方法的有效性。
　　 鉴于单一电压矢量在低速时容易造成转矩调节的脉动，考虑采用空间矢量调制的方法合成期望电压矢量，并且设计系统反推控制器，根据磁链、转矩误差精确计算期望电压矢量，该方法能够有效减小转矩脉动、减小定子磁链误差、提高系统的鲁棒性，并通过仿真进行证明。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 低速性能优化研究的目的及意义

1．2 课题研究现状及发展方向

1．2．1 研究现状

1．2．2 发展方向

1．3 课题研究思路

第二章 直接转矩控制基本原理及低速仿真

2．1 感应电机数学模型

2．2 逆变器数学模型以及电压空间矢量

2．2．1 逆变器数学模型

2．2．2 电压空间矢量

2．3 定子磁链观测模型

2．4 直接转矩控制系统

2．4．1 系统结构

2．4．2 各模块作用

2．5 传统DTC低速仿真

2．5．1 直接转矩控制仿真总图

2．5．2 仿真子系统

2．5．3 结果及分析

2．6 本章小结

第三章 感应电机直接转矩控制低速缺陷原因分析

3．1 电压空间矢量与磁链转矩的关系

3．1．1 电压空间矢量对磁链的作用

3．1．2 电压矢量对转矩的作用

3．2 低速时定子电阻Rs的影响

3．3 低速时磁链、转矩脉动分析

3．3．1 磁链脉动分析

3．3．2 低速时转矩脉动原理分析

3．4 磁链观测存在缺陷及其改进

3．5 本章小结

第四章 基于模糊自整定PID直接转矩控制低速优化研究

4．1 模糊控制以及模糊自整定PID控制

4．1．1 模糊控制

4．1．2 自整定模糊PID控制

4．1．3 模糊控制器的设计流程

4．2 感应电机模糊直接转矩控制设计

4．2．1 感应电机模糊直接转矩控制系统结构图

4．2．2 速度自整定模糊PID控制器设计

4．2．3 速度调节器P-模糊自整定PID双段控制

4．2．4 磁链Ψs和转矩Te的模糊控制器设计

4．3 模糊直接转矩控制低速仿真

4．3．1 系统仿真总图

4．3．2 仿真子系统

4．3．3 模糊直接转矩控制低速仿真结果及分析

4．4 本章小结

第五章 基于反推空间矢量调制的直接转矩控制低速优化

5．1 采用SVPWM的直接转矩控制

5．2 反推控制原理

5．3 基于反推空间矢量调制的直接转矩控制系统

5．3．1 系统结构图

5．3．2 Back-stepping控制器设计

5．3．3 空间矢量脉宽调制(SVPWM)

5．4 基于反推空间矢量调制DTC低速仿真

5．4．1 系统仿真总图

5．4．2 仿真子系统

5．4．3 结果及分析

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 课题研究总结

6．2 课题研究下步工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果