基于TMS320F240异步电机直接转矩控制系统的优化研究

摘要

直接转矩控制(Direct Torque Control)是近二十年来继矢量控制技术之后发展起来的高动态性能调速系统。作为一种新的控制方法，与磁场定向控制相比，它可以在不需要复杂控制算法的情况下准确而快速的控制异步电机的转矩和磁链。 本文对直接转矩控制系统进行了深入研究，掌握了该控制方法的实质和关键，并根据直接转矩控制最新的研究动态，对该控制方法进行了一系列优化。提出了一种改进的u-n模型磁链观测器，该磁链观测器既能适用于高速运行又适用于低速运行，同时有效地消除死区效应；采取较为合理的开关控制策略；并在仿真中采用积分分离式PI调节算法对传统的PI调节器进行了改进。采用MATHWORKS软件公司为MATLAB开发的系统模型图形输入和仿真工具Simulink对直接转矩控制系统进行离散化处理，从而使仿真更接近于数字化控制，最后，给出了优化前后的对比仿真结果以及优化后的各种运行状态的仿真结果，该系统提高了定子磁链与电磁转矩的控制精度，可以实现高低速的快速平滑切换，取得了较好的动、静态性能。从而证明了直接转矩控制系统的可行性。 以理论分析和仿真研究为依据，在DSP(digital signal processor)开发装置实验平台上，实现上述控制系统的软件编程。本文中采用DSP汇编语言完成了有速度传感器的直接转矩控制系统的软件编写，深入研究了直接转矩控制方式下PWM生成机理，对IPM开关动作信号进行合理设置；充分利用DSP的硬件资源，采用一种适合直接转矩控制的PWM波生成方法；控制算法采用了标幺值形式，并在定点DSP上实现浮点运算；实现了定子相电流采样、相电压的计算、电流滤波、定子磁链的观测、开关信号输出等功能。对直接转矩控制在工程上的应用具有参考价值。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号表

第一章绪论

1.1交流调速技术的发展概况与趋势

1.2微处理器的发展概况

1.3直接转矩控制的特点与发展现状

1.4本文的研究内容

第二章直接转矩控制理论及其优化分析

2.1直接转矩控制(DTC)的基础理论

2.1.1空间矢量的概念

2.1.2 α-β坐标系下异步电动机的数学模型

2.1.3直接转矩控制原理

2.2直接转矩控制理论优化分析

2.2.1磁链观测的实现

2.2.2开关状态的选择

2.2.3速度调节器的实现

2.2.4死区效应的消除

第三章直接转矩控制在仿真软件MATLAB中的实现

3.1系统仿真软件MATLAB及SIMULINK仿真包简介

3.2直接转矩控制系统仿真

3.2.1磁链与转矩观测器

3.2.2开关状态控制

3.2.3速度调节器

3.2.4电流电压坐标变换

3.3直接转矩控制仿真结果分析

一、改进的磁链模型与u-n模型的仿真研究

二、系统优化前后的仿真研究

三、优化后电机各种运行状态的仿真

第四章系统软件设计

4.1基于TMS320F240的研究开发装置

4.1.1主回路硬件系统

4.1.2控制回路硬件系统

4.2系统软件实现

4.2.1数字信号处理器(DSP)特点

4.2.2 DSP芯片的运算格式

4.2.3系统初始化

4.2.4系统框图

4.2.5速度调节器

4.2.6电压信号采集

4.2.7电流信号采集

4.2.8定子磁链扇区选择的判断

4.2.9控制矢量输出

第五章全文总结

参考文献

附录Ⅰ基值的选取和标幺值的计算

附录Ⅱ坐标变换

致谢

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