基于模糊控制器的异步电动机直接转矩控制研究

摘要

直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后发展起来的又一种高性能的交流调速技术。它利用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系下计算和控制异步电动机的磁链和转矩，直接跟踪定子磁链和转矩，借助于离散的两点式调节产生PWM信号，对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得高动态性能的转矩响应。具有结构简单、动态转矩好、鲁棒性好和易于数字化控制等优点。但作为一门新兴的技术，直接转矩控制也存在低速性能差、转矩脉动较大等不足。 本文针对传统直接转矩控制中的磁链观测和转矩脉动问题进行研究，主要工作包括以下几个方面： 1、在分析异步电动机的数学模型的基础上，通过MATLAB/SIMULINK软件构建直接转矩控制仿真系统，对直接转矩控制的特点及其存在的问题进行深入的理论与仿真研究。 2、针对传统电压模型磁链观测方法中纯积分环节的直流偏移和初始值问题，设计了一种改进型积分器定子磁链观测器，该观测器自动调整磁链幅值补偿到最优值，并通过坐标变换将幅值相位分离，在调整幅值的同时，保持磁链的相位不发生变化，从而有效提高了直接转矩控制系统的磁链观测精度。 3、结合模糊逻辑控制技术与离散空间矢量调制技术，提出了一种改进的直接转矩控制算法，根据异步电动机定子磁链偏差、转矩偏差、转速以及定子磁链所在的位置，运用模糊逻辑技术动态地得到期望的电压空间矢量，再结合离散空间矢量调制技术直接对逆变器的开关状态进行最佳控制。该算法结构简单，模糊控制规则少，易于实现。仿真结果表明该算法能显著地减小转矩脉动并保持开关频率恒定。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1交流电动机调速技术的发展和现状

1.2直接转矩控制技术的产生与特点

1.3直接转矩控制的发展方向

1.4论文的研究内容与结构安排

第二章直接转矩控制的基本原理

2.1异步电动机数学模型及基本方程

2.2电压型逆变器开关状态及输出电压

2.3定子磁链模型

2.4直接转矩控制系统

2.4.1直接转矩控制系统的基本组成

2.4.2磁链控制

2.4.3转矩控制

2.4.4电压空间矢量选择策略

2.5六边形磁链轨迹直接转矩控制系统

2.6圆形磁链轨迹直接转矩控制系统

2.7本章小结

第三章直接转矩控制的建模仿真

3.1直接转矩控制系统的组成

3.1.1磁链、转矩观测模型

3.1.2磁链、转矩滞环模块

3.1.3磁链空间位置判断

3.1.4逆变器开关状态输出模型

3.1.5转速调节模块

3.2系统仿真模型

3.2.1仿真参数

3.2.2仿真结果及分析

3.3本章小结

第四章定子磁链观测方法研究

4.1磁链观测的意义

4.2传统磁链观测方法及存在的问题

4.3低通滤波器观测模型

4.4带幅值补偿的定子磁链观测器

4.5仿真及结果分析

4.6本章小结

第五章基于模糊控制器的直接转矩控制系统

5.1模糊逻辑控制器的原理

5.1.1模糊逻辑控制器的结构与组成

5.1.2模糊逻辑控制器的设计内容

5.2模糊直接转矩控制的基本原理

5.2.1模糊变量及其隶属度函数

5.2.2模糊控制规则

5.3离散空间矢量调制技术的应用

5.4算法仿真及分析

5.4.1系统框图

5.3.2仿真结果及分析

5.4本章小结

总结

参考文献

致谢