异步电动机的网侧EL与机侧DTC控制

摘要

传统的异步电动机速度控制系统中，一般都是直接在逆变器两端选择合适的直流电压，经内部三相逆变桥后将直流电逆变为交流电，最后给到异步电动机进行驱动控制。随着实际生产生活及工作任务的需要，在保证异步电动机速度驱动的精度的情况下，在逆变器两端选择合适的可控的直流电压变得越来越重要。为实现直流电压的可控性，将三相 PWM变流器引入异步电动机网侧，再选择不同控制策略从而得到可控制直流电压。异步电动机作为电能-机械能的转换器，主要考虑效率问题还有转速问题，异步电机的控制方法很多，神经网络控制编程复杂，可能会导致运行时间过长；传统滑模控制可以使电机迅速到达期望的稳态，虽然稳定之后存在抖动问题，但可选择不同的滑模控制律来减小抖振问题。本文从异步电动机逆变器获得可控直流电压及能量角度出发，在保证电机系统的能量最优条件下对其进行控制。引入三相PW M变流器得到可控直流电压，经逆变器输出三相交流电压以实现异步电动机调速控制。 本文研究工作主要集中在： (1)首先以异步电动机为控制对象，引入三相 PWM变流器，通过欧拉-拉格朗日(Euler–Lagrange, EL)控制方法建立PWM变流器的EL模型，选择系统的平衡点并通过阻尼注入还有能量成型方法，设计系统的 EL控制器，得到可控直流输出电压，最后通过无源性理论证明系统稳定。 (2)仍旧以异步电动机为控制对象，为得到更加灵活的可控制直流输出电压，对变流器的控制方法进行改进，将EL控制与滑模控制相结合，变流器的EL控制作为电流内环，滑模控制作为电压外环可以快速跟踪给定电压，通过计算求取出 EL控制跟滑模控制的控制器，得到可控直流输出电压，最后通过无源性理论证明系统稳定。 (3)针对异步电机调速控制的研究，基本控制目标为：在考虑异步电动机负载转矩未知的情况下，设计负载转矩观测器；针对传统异步电动机直接转矩控制中，PI速度环控制参数固定、低速转矩和磁链脉动大的问题，提出改进控制策略。即外部速度环采取终端滑模控制得到期望的电磁转矩并将该值与实际测得构造转矩误差作为内部滞环控制的输入，得到扇区选择信号，然后根据扇区选择信号输出6路PWM控制信号，最终实现异步电动机精确的速度控制。 仿真结果表明，本文设计的网侧滑模与 EL控制可以为异步电动机的控制电路提供合适的可控直流电压，机侧终端滑模与直接转矩控制方法可以实现对异步电动机运动过程的控制。

目录

第一章 绪论

1.1课题研究的目的和意义

1.2国内外发展动态

1.3本文整体设计方案

1.4章节安排

2.1三相PWM变流器的电路

2.2三相PWM变流器的状态平均模型

2.3三相PWM变流器EL模型

2.4 EL控制的平衡点

2.5 EL控制原理

2.6求取系统控制器

2.7系统稳定性分析

2.8仿真分析

2.9本章小结

第三章 网侧变流器的滑模与EL控制

3.1网侧变流器的数学模型

3.2网侧控制原理图

3.3网侧变流器的滑模与EL控制

3.4系统稳定性分析

3.5仿真分析

3.6本章小结

第四章 机侧异步电机的终端滑模DTC控制

4.1 机侧变流器与异步电动机的数学模型

4.2 机侧控制原理图

4.3 非奇异终端滑模控制器的设计

4.4 转矩滞环模糊控制器的设计

4.5 磁链估计、电磁转矩估计、扇区判别

4.6 仿真结果及分析

4.7本章小结

第五章 异步电动机的负载转矩和磁链观测器设计

5.1加入负载观测器的机侧异步电动机DTC原理图

5.2负载转矩观测器设计

5.3磁链观测器的设计

5.4仿真结果及分析

5.4 本章小结

结论及下一步工作

参考文献

致谢

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