异步电机直接转矩控制系统降低转矩脉动方法的研究

摘要

占空比控制(Duty Ratio Control，DRC)技术能够有效改善异步电机直接转矩控制(Direct Torque Control，DTC)系统运行过程中转矩脉动过大的现象，增强系统控制性能。传统的无差拍占空比控制(Deadbeat Duty Ratio Control，DB-DRC)技术存在优化效果不理想、不同的运行状态下脉动抑制作用不一致等问题。论文研究提高DB-DRC技术电磁转矩变化率计算精度和转矩控制精度的改进策略。
　　论文基于直接转矩控制理论，建立了电磁转矩与定子磁链幅值双滞环的异步电机直接转矩控制系统;同时详细分析了传统的基于转矩无差拍的DRC技术原理，分别根据控制周期中有效电压矢量和零电压矢量各自作用的时间段中定子磁链和转子磁链之间的相对运动对电磁转矩变化率进行分析与计算，进而确定有效电压矢量作用占空比。
　　传统DRC技术的电磁转矩变化率计算中忽视了电机转速和负载转矩等运行状态的影响，导致计算结果不准确，改进的DRC方案基于定子磁链所在位置，综合考虑系统运行状态，有效提高电磁转矩变化率的计算精度:此外，为了进一步减小转矩脉动，确定有效电压矢量占空比时综合考虑控制周期结束时瞬时转矩与整个控制周期中电磁转矩曲线均方差。对改进型DRC技术进行建模仿真，通过对比仿真实验，验证了该方法的可行性与有效性。
　　然后论文基于数字芯片MC56F8255对整个控制系统进行软、硬件系统设计并进行电机运行实验;实验结果表明，论文采用的基于改进型DRC技术的异步电机直接转矩控制系统运行稳定，性能良好。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景与选题意义

1．2 直接转矩控制系统降低转矩脉动方法发展与研究现状

1．2．1 扇区细分与开关状态选择表优化

1．2．2 占空比控制技术

1．2．3 空间矢量调制技术

1．3 论文主要研究内容

2 异步电机占空比控制技术直接转矩控制系统原理分析

2．1 引言

2．2 直接转矩控制基本原理

2．2．1 异步电机数学模型

2．2．2 定子磁链的观测

2．2．3 电压矢量选择表的生成

2．2．4 传统DTC技术存在的问题

2．3 占空比控制技术DTC系统

2．3．1 转矩变化率计算

2．3．2 占空比计算

2．4 占空比控制技术DTC系统的仿真与结果分析

2．4．1 仿真系统的建立

2．4．2 仿真结果分析

2．5 本章小结

3 占空比控制技术直接转矩控制系统的改进策略

3．1 引言

3．2 传统占空比控制技术的不足

3．2．1 系统运行状态未纳入考虑

3．2．2 转矩均方根过大

3．3 电磁转矩脉动情况分析

3．3．1 电磁转矩变化率计算

3．3．2 系统运行状态对电磁转矩变化率的影响

3．4 基于定子磁链位置的占空比技术DTC方案

3．4．1 占空比计算方法

3．4．2 基于定子磁链位置的占空比控制技术方案

3．5 仿真结果对比与分析

3．6 本章小结

4 系统硬件电路设计

4．1 引言

4．2 系统硬件总体构成

4．3 控制芯片最小系统设计

4．3．1 控制芯片选型

4．3．2 DSC供电电路

4．3．3 复位及晶振电路

4．3．4 程序烧写电路

4．4 串口通讯电路设计

4．5 功率电路设计

4．5．1 主电路设计及功率模块选型

4．5．2 驱动电路设计

4．5．3 辅助开关电源设计

4．6 采样电路设计

4．6．1 电流采样电路

4．6．2 电压采样电路

4．6．3 转速检测电路

4．7 本章小结

5 系统软件程序设计

5．1 引言

5．2 系统软件总体结构

5．2．1 编译环境介绍

5．2．2 软件总体结构

5．3 主函数设计

5．4 PWM模块程序设计

5．4．1 PWM波的产生

5．4．2 PWM中断服务函数设计

5．5 采样模块程序设计

5．5．1 定子三相电流重构算法

5．5．2 采样中断服务程序

5．6 其他程序设计

5．6．1 串口通信程序

5．6．2 外部保护程序

5．7 本章小结

6 系统调试与实验结果分析

6．1 引言

6．2 电机运行实验

6．2．1 空载调速实验

6．2．2 恒定转速变负载实验

6．3 本章小结

7 总结与展望

7．1 工作总结

7．2 工作展望

致谢

参考文献