(最新整理)三相異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)(DTC)仿真

1、(完整)三相異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)(dtc)仿真(完整)三相異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)(dtc)仿真 編輯整理：尊敬的讀者朋友們：這里是精品文檔編輯中心，本文檔內(nèi)容是由我和我的同事精心編輯整理后發(fā)布的，發(fā)布之前我們對(duì)文中內(nèi)容進(jìn)行仔細(xì)校對(duì)，但是難免會(huì)有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)三相異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)(dtc)仿真）的內(nèi)容能夠給您的工作和學(xué)習(xí)帶來(lái)便利。同時(shí)也真誠(chéng)的希望收到您的建議和反饋，這將是我們進(jìn)步的源泉，前進(jìn)的動(dòng)力。本文可編輯可修改，如果覺(jué)得對(duì)您有幫助請(qǐng)收藏以便隨時(shí)查閱，最后祝您生活愉快 業(yè)績(jī)進(jìn)步，以下為(完整)三相異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)(dtc)仿真的全部?jī)?nèi)容。111 設(shè)計(jì)總

2、體思路1.1主電路的設(shè)計(jì)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱dtc(direct torque control)系統(tǒng)，是繼矢量控制系統(tǒng)之后發(fā)展起來(lái)的另一種高動(dòng)態(tài)性能的交流電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng).在他的轉(zhuǎn)速環(huán)里面，利用轉(zhuǎn)矩反饋直接控制電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，因而得名.直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本思想是根據(jù)定子磁鏈幅值偏差的正負(fù)符號(hào)和電磁轉(zhuǎn)矩偏差的正負(fù)符號(hào)，再根據(jù)當(dāng)前定子磁鏈的矢量所在的位置，直接選取合適的電壓空間矢量，減小定子磁鏈幅值的偏差和電磁轉(zhuǎn)矩的偏差，實(shí)現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩與定子磁鏈的控制. 系統(tǒng)主電路如圖1。1所示，由三相不控橋、交流母線、三相逆變器和異步電機(jī)組成，2812dsp的脈沖信號(hào)控制全控器件的導(dǎo)通。pw1 pw2

3、pw3 pw4 pw5 pw62812 dsp隔離驅(qū)動(dòng)電路mfbsvd4vd2vd3vd6vd5v1v3v5v2v6v4c圖1。1 系統(tǒng)主電路圖1。2 基本原理直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)如圖1.2示，途中的和atr分別為定子磁鏈調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器，兩者均采用帶有滯環(huán)的雙位式控制器，他們的輸出分別為定子磁鏈幅值偏差的符號(hào)函數(shù)sgn(）和電磁轉(zhuǎn)矩偏差的符號(hào)函數(shù)sgn（），如圖1.2所示。圖中，定子磁鏈給定與實(shí)際轉(zhuǎn)速有關(guān)，在額定轉(zhuǎn)速以下,保持恒定，在額定轉(zhuǎn)速以上，隨著的增加而減小。p/n為給定轉(zhuǎn)矩極性鑒別器,當(dāng)渴望的電磁轉(zhuǎn)矩為正時(shí)，p/n=1，當(dāng)渴望的電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)時(shí)，p/n=0,對(duì)于不同的電磁轉(zhuǎn)矩期

4、望值，同樣符號(hào)函數(shù)sgn()的控制效果是不同的。 pwm控制電壓矢量選擇iasbscsgn()sgn()sgn()m定子磁鏈計(jì)算3/2變換轉(zhuǎn)矩計(jì)算p/natr- te- asr- ibuaubsafbsfbs圖1。2制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖 sgn()sgn（）10圖1.2 帶有滯環(huán)的雙位式控制器當(dāng)渴望的電磁轉(zhuǎn)矩為正,即p/n=1時(shí),若電磁轉(zhuǎn)矩偏差=-0，其符號(hào)函數(shù)sgn（）=1，應(yīng)使定子磁場(chǎng)正向旋轉(zhuǎn),使實(shí)際轉(zhuǎn)矩加大;若電磁轉(zhuǎn)矩偏差=-0,sgn()=0,一般采用定子磁場(chǎng)停止轉(zhuǎn)動(dòng),使電磁轉(zhuǎn)矩減小。當(dāng)期望的電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)，即p/n=0時(shí)，若電磁轉(zhuǎn)矩偏差=-0，sgn（)=1，一般采用定子磁場(chǎng)停止轉(zhuǎn)動(dòng),使電

5、磁轉(zhuǎn)矩反向減小。2 單元電路設(shè)計(jì)2。1 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)模型dtc induction motor drive圖2.1 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)圖標(biāo)三相異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)模塊圖標(biāo)如圖2.1所示，仿真模型如圖2.2所示。該模塊由7個(gè)主要模塊組成:三相不可控整流器(three-phase diode rectifier）、braking chaopper、三相逆變器（threephase inverter）、測(cè)量單元（measures）、異步電動(dòng)機(jī)模塊(induction machine）、直接轉(zhuǎn)矩控制模塊dtc.直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)采用6個(gè)開關(guān)器件組成的橋式三相逆變器（threephase inve

6、rter），該逆變器有8種開關(guān)狀態(tài),可以得到6個(gè)互差度的電壓空間矢量和兩個(gè)零矢量。交流電動(dòng)機(jī)定子磁鏈?zhǔn)盏诫妷嚎臻g矢量us控制，,因此改變逆變器開關(guān)狀態(tài)可以控制定子磁鏈的運(yùn)行軌跡(磁鏈的幅值和旋轉(zhuǎn)速度)，從而控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。2.2直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)2。2 轉(zhuǎn)速控制器 如圖2.3所示，轉(zhuǎn)速給定n*經(jīng)過(guò)加減速限制環(huán)節(jié)，使階躍輸入時(shí)實(shí)際轉(zhuǎn)速給定有一定的上升和下降,轉(zhuǎn)速反饋n經(jīng)過(guò)了低通濾波器,得到轉(zhuǎn)速偏差（nn）。proportional gain、integral gain和discrete模塊組成帶限幅的離散pi調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)輸出經(jīng)過(guò)了選擇開關(guān)，根據(jù)對(duì)話框中設(shè)定的轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速控制方式?jīng)Q定轉(zhuǎn)速控制

7、的輸出。加減速斜率、pi調(diào)節(jié)器比例和積分系數(shù)、低通濾波器截止頻率等參數(shù)都在對(duì)話框中設(shè)定。圖2.3 轉(zhuǎn)速控制器speed controller結(jié)構(gòu)2。3 直接轉(zhuǎn)矩控制器直接轉(zhuǎn)矩控制模塊由轉(zhuǎn)矩給定torque、磁通給定flux*，電流i_abc和電壓v_abc輸入信號(hào)都經(jīng)過(guò)采樣開關(guān)，dtc模塊包括轉(zhuǎn)矩和磁通計(jì)算（torqueflux calculator）、滯環(huán)控制（flux&torque hysteresis）、磁通選擇(flux sector seeker)、開關(guān)表(switching table)、開關(guān)控制(switching control）等單元。dtc模塊是輸出三相逆變器three-p

8、hase inverter 開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 圖2。4 直接轉(zhuǎn)矩控制模塊結(jié)構(gòu)2。4 轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的計(jì)算轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈計(jì)算（torque&flux calculator）單元結(jié)構(gòu)如圖2。5所示,它首先檢測(cè)到異步電機(jī)三相電壓vab經(jīng)模塊dqtransform和dq-transform變換,得到二相坐標(biāo)系上的電壓和電流，dq-transform和dqtransform變換模塊結(jié)構(gòu)如2。6所示.定子磁鏈的模擬和離散計(jì)算公式為 （2-1） (22） 式中， 和為二相坐標(biāo)系上定子電壓和電流,k為積分系數(shù)，為采樣時(shí)間。磁鏈計(jì)算采用離散梯形積分，模塊phid和phiq分別輸出定子磁鏈的和軸分量s和s，s

9、和s經(jīng)real-imag to complex模塊得到復(fù)數(shù)形式表示的定子磁鏈s,并由complex to magnitude-angle計(jì)算定子磁鏈s的幅值和轉(zhuǎn)角。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式為 （23)圖2.5 轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈計(jì)算單元結(jié)構(gòu)圖 圖2。6 dqvtransform和dqi-tranform變換模塊圖2.5 磁通和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁療都采用滯環(huán)控制,磁通和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器（fluxtorque hystoresis）結(jié)構(gòu)如圖2-7所示。轉(zhuǎn)矩控制是三位滯環(huán)控制方式，在轉(zhuǎn)矩滯環(huán)寬度設(shè)為時(shí),當(dāng)轉(zhuǎn)矩偏差和時(shí)，滯環(huán)模塊和分別輸出狀態(tài)1和3，滯環(huán)模塊和分別輸出為0時(shí),經(jīng)或非門nor輸出狀態(tài)2

10、，磁鏈控制是二位滯環(huán)控制方式，在磁鏈滯環(huán)寬度設(shè)為時(shí)，當(dāng)磁鏈偏差和時(shí)，模塊dphi分別輸出狀態(tài)“1和“2”。圖2.7 磁通和滯環(huán)控制器2.6 磁鏈選擇器 圖2.8 磁鏈選擇器模塊輸入是磁鏈計(jì)算模塊輸出的磁鏈位置角angle通過(guò)比較和邏輯運(yùn)算輸出磁鏈所在偏號(hào)。2。7 開關(guān)表圖2.9 magnetisation模塊開關(guān)表2。10用于得到三相逆變器6個(gè)開關(guān)期間的通斷狀態(tài)，開關(guān)表中，magnetisation模塊結(jié)構(gòu)如圖2。9所示，其作用是將磁鏈反饋與設(shè)定值比較，當(dāng)反饋值大于設(shè)定值時(shí)，sr-flipflop觸發(fā)器q端輸出1，當(dāng)反饋值小于設(shè)定值時(shí)，觸發(fā)斷輸出0，從而控制電機(jī)起動(dòng)時(shí)逆變器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器工作狀態(tài)

11、，使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生初始磁通.圖2.10 開關(guān)表2。8 開關(guān)控制模塊 開關(guān)控制模塊如圖2。11所示，包括三個(gè)d觸發(fā)器（d flip-flop），目地是限制逆變器開關(guān)的切換頻率，并且確保逆變器每相上下兩個(gè)開關(guān)處于相反的工作狀態(tài)，開關(guān)的切換頻率可以在模塊對(duì)話框中設(shè)置。 圖2.11 開關(guān)控制模塊3 實(shí)驗(yàn)仿真、實(shí)驗(yàn)波形記錄及分析異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制仿真圖形如圖3。1所示，系統(tǒng)由三相交流電源、直接轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)模塊和檢測(cè)單元等模塊組成。三相電源線電壓360v、60hz，電源內(nèi)阻0.02，電感0.05ml。電動(dòng)機(jī)參數(shù):149kw、460v、60hz，圖3.2是電動(dòng)機(jī)和控制器參數(shù)頁(yè)，系統(tǒng)有轉(zhuǎn)速（speed ref

12、erence)和轉(zhuǎn)矩（torque reference）兩項(xiàng)輸入，在調(diào)速的同時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩也在變化.轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩給定使用離散控制模型庫(kù)中的timer模塊，speed reference設(shè)定值為：t=0、1s時(shí)轉(zhuǎn)速分別為500、0r/min.torque reference設(shè)定值為：t=0、0。5、1.5s時(shí)轉(zhuǎn)速分別為0、792、-792n*m.模型采用混合步長(zhǎng)的離散算法，基本采樣時(shí)間ts=0。2us，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采樣時(shí)間為1.4us,仿真波形如圖3-3所示。圖3。1 轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真模型從仿真波形可以看到在t=0時(shí),轉(zhuǎn)速按設(shè)定的上升率(900r/min）平穩(wěn)升高，在起動(dòng)0。6s時(shí)達(dá)到設(shè)定的轉(zhuǎn)速500r/min.在00.5s范圍內(nèi)電動(dòng)機(jī)是空載起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)為200a;0。5s時(shí)加載792t*m，電流上升到400a,加載時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩瞬間達(dá)到1200nm，但是在控制系統(tǒng)控制下,加載對(duì)轉(zhuǎn)速的上升和穩(wěn)定運(yùn)行沒(méi)有明顯影響。1s后電動(dòng)機(jī)開始減速,定子電流減小,并且電流頻率下降,在t=1。5s時(shí)