直接转矩控制基本原理和仿真研究报告.docx
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直接转矩控制基本原理和仿真研究报告
直接转矩控制的基本原理和仿真研究
摘要:
直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后,在交流传动领域内发展迅速的一种高性能调速技术,该控制方法以其思路新颖、结构简单及性能良好等优点引起了广泛关注和研究。
与矢量控制技术不同,直接转矩控制技术采用定子磁场定向,直接将磁通和电磁转矩作为控制量,对电磁转矩的控制更加简捷快速,提高了系统的动态响应能力。
由于直接转矩控制技术本身的固有优势,使直接转矩控制的理论研究和技术开发越来越受到重视,进展的步伐也越来越快。
本文将直接转矩控制技术应用于异步电机中,从异步电机的数学模型岀发,介绍了直接转矩控制技术的基本理论。
在深入剖析原理的基础上将直接转矩算法模块化,在Simulink环境下建立了异步电机直接转矩近似圆形
磁链控制系统仿真模型。
仿真结果表明,直接转矩控制技术动态响应能力快,控制方法直接,但是低速性能较差,低速状态下存在转矩脉动过大,定子电流畸变严重等缺点。
关键字:
直接转矩控制,异步电机,simulink
TheBasicPrincipleandSimulationStudyofDirect
TorqueControl
KongFei,YeZhen,ShaoZhuyu
Abstract: DirectTorqueControl(DTC>technologyisahigh-speedtechnologyinthefieldofACdrivefollowingthetechniqueofvectorcontrolandithasrapiddevelopmentinrecentyears.Thiscontrolstrategyattractswideattentionandresearchforitsnovelidea,simplestructureandgoodperformance.Differfromthevectorcontroltechnologies,DTCtechnologyusesthestatorfluxorientationanddirectlymakesthefluxandelectromagnetictorqueasthecontrolvolume,thereforethecontroloftheelectromagnetictorqueissimpleandfast,thesystemdynamicresponsecapabilityisimproved.DuetotheinherentadvantagesofDTCtechnology,itstheoreticalresearchandtechnologicaldevelopmentisreceivingincreasingattention,alsothepaceofprogressfasterandfaster.Inthisarticle,wemakedirecttorquecontroltechniquesappliedtoasynchronousmotors.Fromamathematicalmodelofinductionmotorstarting,introducedthebasictheoryofDTCtechnology.Basedondepthanalysisofthebasisandprinciples,wemoduletheDTCalgorithm.IntheSimulinkenvironment,theasynchronousmotordirecttorquecontrolsystemofquasi-circularfluxsimulationmodelisestablished.SimulationresultsshowthattheDTCtechnologieshasfastdynamicresponsecapabilityanddirectlycontrolmethod,butthelow-speedperformanceispoor,suchastorquerippleistoolargeinlowspeedstateandthestatorcurrentdistortionisserious. Keywords: directtorquecontrol(DTC>,asynchronousmotor,simulink 1前言 直接转矩控制技术作为一种新颖的电机控制策略,基本思想就是直接将电磁转矩作为被控制量,与矢量控制相比,无需进行复杂的坐标变换,对电机的控制更加快捷迅速,控制系统的动态响应能力得到进一步提高。 为了将直接转矩控制方法应用于异步电机中,我们在分析三相异步电机的数学模型基础上,详细阐述直接转矩控制的基本原理,并将各个部分模块化,在MATLAB/Smulink环境下建立了直接转矩控制仿真模型进行了仿真研究。 2直接转矩控制的基本原理和仿真模型2.1直接转矩控制的基本原理和仿真图2.1.1直接转矩控制的基本原理 图1直接转矩控制系统的基本原理图 如图所示1。 其基本原理是将速度传感器检测出的电机实际转速n与电机给定转速n* 比较的值输入PI调节器后得到给定转矩值;由霍尔传感器得到的异步电机定子电压和 电流经过磁链和转矩转矩估计器得到转矩实际值,两相定子磁链分量、以及定子磁链幅值.口。 定子磁链幅值冋与给定的磁链幅值比较后输入磁链滞环调节器得到磁链信 号尸;给定转矩值与转矩实际值经过比较后输入到转矩滞环调节器得到转矩信号 I;定子磁链在两相静止坐标系下的、.计分量经过区间判断单元得到定子磁链所处扇 区信号;磁链开关信号丙、转矩开关信号厂以及定子磁链扇区信号通过查阅开 关表得到所要的电压矢量信号、、进而控制异步电机运行状态。 2.1.2直接转矩控制的仿真模型总图 异步电机直接转矩控制系统主要由以下几个子系统组成: 异步电机模型、转速调 节器、磁链信号和转矩信号产生模块、定子磁链扇区判断模块、电压矢量选择模块和 逆变器模块组成,完整系统模型图如图2所示。 图2异步电机直接转矩控制 22三相异步电机的基本原理和仿真模块2.2.1三相异步电机的数学模型 要想对三相异步电机进行高效控制,其数学模型的准确建立是不可或缺的。 如大家所知,三相异步电机本身是一个非线性、强耦合的高阶多变量系统,建立一个系统的、完整的反映异步电机真实性能的数学模型是研究直接转矩控制技术在异步电机中应用的理论基础。 为了建立三相异步电机数学模型,一般在异步电机理论基础上进行如下的假设: <1)忽略空间谐波,设电机三相绕组对称分布,在空间互差120°电角度,各项电流所产 生的磁动势沿气隙空间正弦规律分布。 <2)忽略磁路饱和,电机定转子表面光滑。 <3)忽略铁心损耗。 <4)忽略频率变化和温度变化对电机绕组电阻的影响。
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