模糊控制算法在直接转矩控制系统中的研究与应用

摘要

异步电机是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统,因转子侧参数具有易变难测的特点,使得建立于电机数学模型上且利用转子参数进行变量计算的调速系统性能都受转子参数变化的影响.而直接转矩控制系统采用定子磁链定向,具有转子参数鲁棒性和结构简单性,其原因在于定子磁链观测模型避免了转子参数的引入,唯一的参数是较易测量的定子电阻.然而,在工程实现上,直接转矩控制系统难以获得类似矢量控制那样宽广的调速范围,其根源主要在于其低速转矩特性差、带负载能力下降以及存在稳态转矩脉动.针对传统直接转矩控制系统存在的问题,根据定子电流变化相应会引起定子电阻实时变化,本论文提出采用定子电阻模糊观测器实时观测定子电阻值的变化,准确地得到定子电阻值,然后根据异步电机U-I模型计算出定子磁链值,从而减少了因定子电阻变化引起的定子磁链估测误差.文中还提出采用模糊控制器代替传统的Band-Band定子磁链和转矩控制器,对逆变器开关状态进行更精细的控制,减少了稳态转矩脉动,扩大了直接转矩控制系统的调速范围.结合TI公司专门面向电机控制推出的芯片TMS320F240,组建一个以该芯片为核心控制器件的数字化直接转矩模糊控制实验系统,使得直接转矩控制的研究从仿真转到工程实际应用上来.在DSP的软件编程上,采用结构化的C语言进行控制策略的实现,使得控制程序具有结构化和条理化,控制思路清晰.本文设计的定子电阻模糊观测器和磁链、转矩模糊控制器,在电机调速实验中提高了电机运行的稳态性能,减少了电机的稳态转矩脉动,扩大了电机的调速范围.

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权说明

第一章绪论

1.1直接转矩控制技术的研究现状

1.2直接转矩控制技术研究的目的和意义

1.3直接转矩控制技术的发展方向

1.4本论文的主要工作和内容安排

第二章直接转矩控制系统的基本原理

2.1异步电机的数学模型

2.2逆变器开关状态和电压空间矢量、定子磁链轨迹

2.3直接转矩控制系统的基本结构

本章小结

第三章模糊控制器的设计

3.1模糊控制的基本原理

3.1.1模糊控制的简介

3.1.2模糊控制的基本过程

3.2定子磁链和转矩模糊控制器以及定子电阻模糊观测器的设计

3.2.1定子磁链和转矩模糊控制器的设计

3.2.2定子电阻模糊观测器的设计

本章小结

第四章控制系统的硬件和软件实现

4.1 TMS320F240系列DSP的基本原理

4.1.1 TMS320F240概述

4.1.2 TMS320F240内部主要功能模块介绍

4.2定子电流采样电路和电机转速测量电路的设计

4.2.1定子电流采样电路设计

4.2.2电机转速测量电路的设计

4.3三菱智能功率模块(IPM)及相应电路

4.4系统软件设计

4.4.1主程序模块

4.4.2主中断服务程序

4.4.3功率模块保护中断(PDPINT)服务程序

本章小结

第五章实验结果分析及总结、展望

参考文献

致谢