异步电机直接转矩控制转矩脉动抑制方法研究

摘要

相比于其他电机，异步电机因其具有结构简单、运行可靠、价格低廉等诸多优势，在社会生活各个领域得到了广泛应用。在异步电机高性能控制方法的研究中，直接转矩控制（Direct Torque Control，DTC）因其直接以电机转矩为控制对象，系统结构简单、控制手段直接、转矩响应迅速，此概念一经提出就受到了国内外学者广泛关注和研究。然而，传统DTC自身也存在转矩脉动过大的问题，这又严重限制了其应用范围。因此，本文以异步电机DTC为研究对象，重点研究转矩脉动抑制的方法，主要研究内容如下:
　　首先，详细介绍了异步电机在不同坐标系下的数学模型，阐述了DTC的基本理论，基于MATLAB进行了建模仿真研究。通过仿真分析，初步确定了引起异步电机DTC转矩脉动过大的因素。
　　然后，详细介绍了两种转矩脉动抑制方法，包括采用空间矢量调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)与DTC相结合来抑制转矩脉动以及在此基础上，利用改进的自适应磁链观测器代替纯积分器和一阶低通滤波器的方法提高异步电机转矩性能。对两种方法进行了详细的理论分析，并基于分析结果搭建了仿真模型，相同运行条件下的仿真结果验证了分析的正确性和所提方法的可行性。
　　其次，设计了基于TMS320F28335_DSP的异步电机硬件控制平台。完成了DSP核心板、外围电路调理板以及主功率板的设计，并完成了相关的调试工作。
　　最后，分别进行了传统DTC、SVM-DTC以及基于自适应磁链观测器的SVM-DTC三个实验，通过对实验波形的对比分析，验证了理论分析、仿真模型的正确性和所设计的硬件控制系统的可靠性，为后续工作的开展奠定了基础。

目录

声明

摘要

1．1课题研究的背景和意义

1．2国内外研究现状

1．3课题研究的主要内容

第2章异步电机数学模型及传统DTC研究

2．1常用坐标系及其变换

2．1．1三相静止坐标系变换到两相静止坐标系

2．1．2两相静止坐标系变换到两相旋转正交坐标系

2．2异步电机的数学模型

2．2．1异步电机在三相静止坐标系下的数学模型

2．2．2异步电机在两相静止坐标系下的数学模型

2．2．3异步电机在两相旋转正交坐标系下的数学模型

2．3异步电机DTC基本理论

2．3．1逆变器开关状态

2．3．2空间电压矢量的定义及选择

2．3．3异步电机DTC系统框图

2．3．4定子磁链观测器分析

2．4异步电机DTC仿真研究

2．4．1异步电机DTC仿真建模

2．4．2异步电机DTC仿真分析

2．5本章小结

第3章异步电机硬件平台设计调试及传统DTC实验研究

3．1引言

3．2系统整体结构设计

3．3核心控制电路设计

3．3．1 TMS320F28335芯片介绍

3．3．2 TMS320F28335的时钟电路

3．3．3 TMS320F28335的ePWM模块

3．3．4 TMS320F28335的ADC模块

3．4外围调理电路设计

3．4．1辅助电源设计

3．4．2 ADC采样电路设计

3．4．3 DAC转换电路设计

3．4．4 PWM信号处理电路设计

3．4．5保护电路设计

3．5功率驱动板设计

3．6硬件电路调试

3．6．1保护电路调试

3．6．2采样电路调试

3．7通用数字控制系统联调

3．7．1 V／F开环控制

3．7．2双极性SPWM调制技术

3．7．3规则采样法

3．7．4SPWM调制V／F开环控制调试

3．8传统DTC实验研究

3．9本章小结

第4章基于空间矢量调制的异步电机DTC研究

4．1引言

4．2．1 SVPWM基本理论

4．2．2 SVM-DTC系统框图

4．3 SVM-DTC仿真研究

4．3．1 SVM-DTC仿真建模

4．3．2 SVM-DTC仿真分析

4．4 SVM-DTC实验研究

4．5本章小结

第5章基于自适应磁链观测器的SVM-DTC研究

5．1引言

5．2基于自适应磁链观测器的SVM-DTC理论分析

5．2．1自适应磁链观测器基本理论

5．2．2基于自适应磁链观测器的SVM-DTC系统框图

5．3基于自适应磁链观测器的SVM-DTC仿真研究

5．3．1基于自适应磁链观测器的SVM-DTC仿真建模

5．3．2基于自适应磁链观测器的SVM-DTC仿真分析

5．4基于自适应磁链观测器的SVS-DTC实验研究

5．5本章小结

第6章总结与展望

6．1本文的主要工作

6．2工作展望

参考文献

在研期间成果及参与科研项目

致谢