异步感应电机直接转矩控制调速技术的数学建模和数字实现

摘要

现代交流调速技术被誉为20世纪后期人类社会重大技术进步之一,在电机电气传动领域产生了巨大的社会效益.进入21世纪,交流调速技术继续作为电气传动系统的主要研究课题之一.变频调速则是当前交流调速系统研究范畴中最好的一种交流调速技术.对变频调速的研究有三种主流的方向,它们均基于空间矢量概念,分别为:磁场定向控制(FOC)、直接转矩控制(DTC)、空间矢量PWM控制(SVPWM),它们的共同目标是力求实现交流电机的控制特性达到或接近线性效果.论文以变频调速技术的数字化工程应用为研究目标.首先对当前业内研究的直接转矩控制(DTC)技术进行了理论的解读和分析;并且,基于理论解读研究的所得,进行DTC的应用工程的数学建模;进而,根据数学模型,搭建设计出一套DTC的数字化工程系统;然后,在该DTC数字系统上,对三相异步感应电机进行调速控制运转,进行了电机低速运转、控制周期、电机震荡等方面的实验研究,验证了该DTC数字系统较好的工程控制效果.论文同时针对DTC系统在提高电机低速性能和定子电阻补偿方面、缩短控制周期方面、设备数字化方面的一小部分现有技术理论,进行了优化研究和改进尝试,并体现在数学建模和数字化过程中;因为在数学模型和数字系统中,都有极小部分技术理论作了改进尝试;所以,对数学建模中所搭建的系统模型方案,进行了交流电机控制系统的计算机仿真,以论证方案可行性;对DTC的数字系统,进行了MATLAB电气系统模块库(Power System Blockset)环境下的控制性能仿真,以检查了理想环境下数字系统能得到很好的控制效果;对DTC数字系统,进行了三相异步电机调速控制运转,并进行相应实验研究,证明在改善电机低速和震荡性能、缩短转矩环控制周期等方面,优化设计达到要求的较好效果.

目录

文摘

英文文摘

前言

第一章：论文研究的背景—交流调速技术历程、现状与趋向

§1.1交流调速技术产生和发展的渊源

§1.2电力电子器件技术发展现状和研究趋向

§1.3交流调速的三种主流技术相互比较

1.3.1三种主要的交流调速控制技术的历程

1.3.2三种交流调速技术的主要特征

1.3.3三种交流调速技术的关联

1.3.4业内当前代表性的研究改进方向

§1.4磁链观测的发展

1.4.1磁链观测在交流调速研究中的重要意义

1.4.2磁链观测的主要研究类型

1.4.3磁链观测方面进行的代表性研究工作

§1.5变频器件的设计趋向

第二章：直接转矩控制技术的理论解析和数学建模

§2.1直接转矩控制技术的根源、常规方案、现状和方向

2.1.1直接转矩控制的理论根源

2.1.2直接转矩控制的各种方案

2.1.3直接转矩控制在实际应用上的研究现状与方向

§2.2直接转矩控制系统的设计原理解析

2.2.1异步感应电机和定子磁链的数学模型

2.2.2直接转矩控制中电压空间矢量的原理

2.2.3直接转矩技术中电机特性分析

2.2.4直接转矩技术中磁链的分析

§2.3电压空间矢量PWM控制原理分析解读

2.3.1电压空间矢量PWM法的基本实现原理

2.3.2电压空间矢量PWM控制与直接转矩控制的统一之处

§2.4数字电路实现直接转矩技术的主要设计流程

2.4.1控制电路硬件方案上的整体结构和流程

2.4.2控制方案的主要特点

2.4.3控制系统的数学模型

2.4.4控制系统的软件编制流程

§2.5电压空间矢量PWM法的数字实现

2.5.1控制系统的数学模型

2.5.2控制系统的结构及软件编制

第三章：两型数学建模实现方案在电机控制系统上的计算机仿真

3.1.1电机控制系统上计算机仿真的特点和参数

3.1.2直接转矩控制设计方案的仿真

3.1.3电压空间矢量PWM法设计方案的仿真

3.1.4 DSP开发板与PC联机实现直接转矩控制设计方案的仿真

3.1.5直接转矩控制与电压空间矢量PWM在工程应用上比较总结

第四章：DTC数字系统详细规划和实验性能具体分析

§4.1 DTC数字系统结构解规划

4.1.1异步电机直接转矩控制(DTC)数字系统的TOP层框架(图4-1)

4.1.2第二层：TOP层上“控制电路”的系统框架(图4-2)

4.1.3第三层：第二层图4-2上“UCT1”坐标转换单元数字结构

4.1.4第三层：第二层图4-2上“ψ”定子磁链模型数字结构(图4-5)

4.1.5第三层：第二层图4-2上“UCT2”3/2坐标转换数字结构

4.1.6第三层：第二层图4-2上“DMC”和“KSS”单元数字结构

4.1.7第三层：第二层图4-2上“KSS”单元其余各模块的逻辑电路

4.1.8第三层：第二层图4-2上“磁链幅值调节”环的数字逻辑设计

4.1.9第三层：第二层图4-2上“转矩调节”环的数字逻辑设计

§4.2 DTC数字系统在MATLAB电气系统模块库环境获得的控制效果

4.2.1 MATLAB的电气仿真工具简介

4.2.2转速推算观测的转速开环DTC数字系统的控制效果

§4.3在DTC数字系统上进行电机调速的实验研究

4.3.1定子电阻在电机调速运转过程中的影响

4.3.2死区效应和控制周期的影响

4.3.3 DTC系统运转过程中，电机震荡的机理

第五章：研究工作的总结和继续改进的方向

§5.1论文研究工作的阶段总结

5.1.1为何选择直接转矩控制技术作为研究的主方向

5.1.2在直接转矩控制技术方向上所做的研究工作

5.1.3所做研究工作的阶段结果

§5.2研究工作继续改进的方向和建议

参考文献

后记