课程设计--异步电机直接转矩控制

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1、 异步电机直接转矩控 制技术研究 课程设计 摘要 随着微电子技术、电力电子技术、计算机控制技术的进步，交流电动机调速 技术发展到现在，有了长足的进步。异步电动机的动态数学模型是一个高阶、非 线性、 强耦合的多变量系统， 由磁链方程、 电压方程、 转矩方程和运动方程组成， 为非线性，所以控制起来极为不便。20 世纪 70 年代出现的矢量控制技术和 80 年代出现的直接转矩控制技术， 使交流电动机调速系统的性能可以与直流电动机 调速系统的性能相媲美。 而交流电动机尤其是鼠笼异步电动机由于其自身结构和 运行特性的优点，使得交流电动机调速系统的优势强于直流电动机调速系统。 在交流电动机控制技术中调压调

2、频控制、矢量控制以及直接转矩控制 （Direct Torque Control 简称 DTC）具有代表性。其中应用直接转矩控制技术 是一种高性能的控制调速技术， 直接转矩控制对交流传动来说是一种最优的电动 机控制技术，它可以对所有交流电动机的核心变量进行直接控制。本文在理解了 直接转矩控制原理的基础上， 在 MATLAB 中进行了仿真， 得到了较为理想的结果。 关键字：异步电动机、MATLAB 仿真、直接转矩控制、电压矢量 目 录 摘要 I 第 1 章 绪论. 1 1.1 课题研究背景 1 1.2 直接转矩控制技术的发展现状. 1 1.2.1 直接转矩控制的现状及发展趋势 . 1 1.2.2

3、目前的热点研究问题及解决方法 . 2 1.3 本文研究的主要内容. 3 第 2 章 直接转矩控制系统理论. 4 2.1 概述. 4 2.2 异步电动机的数学模型 4 2.3 逆变器的数学模型与电压空间矢量 6 2.4 直接转矩控制系统的组成. 8 2.5 磁链调节 . 10 2.6 转矩调节 . 10 2.7 空间电压矢量对定子磁链和转矩的影响 . 11 2.7.1 空间电压矢量对定子磁链的影响 11 2.7.2 空间电压矢量对电磁转矩的影响 13 第 3 章 直接转矩控制系统的 MATLAB 仿真. 15 3.1 异步电机及 PWM 控制模块仿真 15 3.2 三相-两相变换（3/2 变换）

4、 . 16 3.3 转速调节器（ASR）. 17 3.4 定子磁链的计算和转矩计算模块 18 3.5 空间电压矢量的选择模块 18 第 4 章 仿真结果及分析 20 致谢. 22 参考文献. 23 武汉理工大学现代电力传动系统课程设计说明书 1 第 1 章 绪论 1.1 课题研究背景 自从电气化时代开始以来，电动机就成为重要的动力来源。直流电机拖动系 统和交流电机拖动系统在 19 世纪中期先后诞生。直流电机由于励磁磁场和电枢 磁场完全解耦，这样可以根据调速性能的要求，按照经典控制理论的方法独立设 置调节器，分别对励磁磁场和转矩进行控制，因此直流调速系统具有良好的调速 性能，调速平滑且易于控制，

5、在高性能电气传动领域一直占据主导地位。 随着电力电子技术不断发展，各类大功率半导体器件如 GTO、MOSFET、 IGBT 等的不断出现，使交流传动调速在近十年来得到飞快进步，高性能交流调 速系统应运而生。这时，直流电机和交流电机相比的缺点日益显露出来，例如具 有电刷和换相器因而必须经常检查维修，换向火花使它的应用环境受到限制，换 向能力限制了直流电机的容量和速度等等。于是，用交流可调传动取代直流可调 传动的趋势越来越明显， 交流传动控制系统已经成为电气传动控制的主要发展方 向。 1985 年，德国鲁尔大学的 MDepenbrock 教授提出了一种新型交流调速理 论直接转矩控制。这种方法是在定

6、子坐标系对电机进行控制的，结构简单， 在很大程度上克服了矢量控制中由于坐标变换引起的计算量大，控制结构复杂， 系统性能受电机参数影响较大等缺点，系统的动静态性能指标都十分优越，是一 种很有发展前途的交流调速方式。因此，直接转矩控制理论一问世便受到广泛关 注。目前国内外围绕直接转矩控制的研究十分活跃。 1.2 直接转矩控制技术的发展现状 1.2.1 直接转矩控制的现状及发展趋势 直接转矩控制技术从物理关系上构成转矩与磁链的近似解耦关系， 可以获得 良好的动态性能，控制结构简单，易于实现，很快就得到广泛的推广与应用。而 传统的直接转矩控制技术在低速运行区段与稳态运行区段还存在很多问题， 需要 进一步研究。仅从电机本身出发来完善直接转矩控制技术已经是不可能的事情， 必须另辟蹊径。现代的直接转矩控制技术作为一种新兴的技术，需要各种先进的 控制技术作支撑，它已经不是单一的一项技术，而是发展成多种学科交叉的一项 综合技术。下面就直接转矩控制技术所需要进一步研究的问题进行了总结： (1)先进控制策略在现代直接转矩控制技术中的应用，改善稳态运行性能问 武汉理工大学现代电力传动系统课程设计