相異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真報告

1、ss摘三相異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真報告要：利用直接轉(zhuǎn)矩控制( dtc )理論，研究異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速系統(tǒng)的基本組成1 引言和工作原理，建立了異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真模型。利用 matlab /simulink 軟件對異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)進行建模和仿真。結(jié)果表明: dtc 系統(tǒng)具有動態(tài)響應速度快、精度高、易于實現(xiàn)的優(yōu)點。仿真結(jié)果驗證了該模型的正確性和該控制系統(tǒng)的有效性。關鍵詞：異步電機；直接轉(zhuǎn)矩控制； matlab 仿真三相異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)模塊圖標自從 20 世紀 70 年代矢量控制技術發(fā)展以來， 交流拖動技術就從理論上解決了交流調(diào)速系統(tǒng)在 靜動態(tài)性能上與直

2、流調(diào)速系統(tǒng)相媲美的問題。所謂 矢量控制，就是將交流電動機模擬成直流電動機來 控制 , 通過坐標變換實現(xiàn)電機定子電流的勵磁分量 和轉(zhuǎn)矩分量的解耦，然后分別獨立控制，從而獲得 高性能的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速響應特性。直接轉(zhuǎn)矩控制(direct torque control dtc)是在 矢量控制基礎之上發(fā)展起來的，是繼矢量控制以后 提出的又一種異步電動機控制方法。其思路是把異 步電動機和逆變器看成是一個整體，采用電壓矢量 分析方法直接在靜止坐標系下分析和計算電動機 的轉(zhuǎn)矩和磁鏈，通過磁鏈跟蹤得出 pwm 逆變器的 開關狀態(tài)切換的依據(jù)從而直接控制電動機轉(zhuǎn)矩 與 矢量控制相比，直接轉(zhuǎn)矩控制的主要優(yōu)點是:在定子 坐

3、標系下對電動機進行控制，摒棄了矢量控制中的 解藕思想，直接控制電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，并用定 子磁鏈的定向代替轉(zhuǎn)子磁鏈的定向，避開了電動機 中不易確定的參數(shù) ( 轉(zhuǎn)子電阻 ) 由于定子磁鏈的估 算只與相對比較容易測量的定子電阻有關，所以使 得磁鏈的估算更容易、更精確，受電動機參數(shù)變化 的影響也更小此外，直接轉(zhuǎn)矩控制通過直接輸出轉(zhuǎn) 矩和磁鏈的偏差來確定電壓矢量，與以往的調(diào)速方 法相比，它具有控制直接!計算過程簡化的優(yōu)點 因 此，直接轉(zhuǎn)矩控制一問世便受到廣泛關注，目前國 內(nèi)外圍繞直接轉(zhuǎn)矩控制的研究十分活躍。 2 三相異步電機的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)組成如圖 1 所示，其仿真模型如圖 2 所示，模型由 7 個

4、 主要模塊組成：三相不控整流器（three-phase diode rectifier）、braking chopper、三相逆變器（three-phase inverter）、測量單元（measures）、異步電動機模塊 （induction machine）組成系統(tǒng)的主要電路；轉(zhuǎn)速 控制器（ speed controller）和直接轉(zhuǎn)矩控制模塊 dtc，其中主電路模塊和轉(zhuǎn)速控制模塊結(jié)構基本與 磁場定向矢量控制系統(tǒng)相同。圖 1 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)圖標直接轉(zhuǎn)矩控制 dtc 模塊結(jié)構圖如圖 2 所示， 轉(zhuǎn)矩給定 torque*、磁通給定 flux*、電流 i_ab 和電 壓 v_abc 輸入信號都

5、經(jīng)過采樣開關，dtc 模塊包括 轉(zhuǎn)矩和磁通計算、滯環(huán)控制、磁通選擇、開關表、 開關控制等單元。 dtc 模塊輸出時三相逆變器 three-phase inverter 開關器件的驅(qū)動信號。直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)采用 6 個開關器件組成的橋 式三相逆變器，該逆變器有 8 種開關狀態(tài)，可以得 到 6 個互差 60的電壓空間矢量和兩個零矢量。交 流 電 機 定 子 磁 鏈 受電 壓 空 間 矢 量 us 控 制 s? usdt，因此改變逆變器開關狀態(tài)可以控制定子 磁鏈 的運行軌跡，從而控制交流電機的運行。圖 2 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)模型結(jié)構圖 3 直接轉(zhuǎn)矩控制模塊結(jié)構3 轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈計算轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈計算（

6、單元結(jié)構如圖 4ysab=(usab-r is sab) dt(3-1)所示，它首先將檢測到的異步電動機三相電 壓 v_abc 和 電 流 i_ab 經(jīng) 模 塊ysab=(usab-r is sab)kt (z +1)s2(z +1) (3-2)dq_v_transform 和 dq_i_transform 邊換，得到二相坐標系（）上的電壓和電流，式中，u和sabisab為 ab 兩相坐標系上dq_v_transform 和 dq_i_transform 變換模塊 結(jié)構如圖 5 所示。的定子電壓和電流，k 為積分系數(shù)，t 為采s樣時間。磁 鏈 計算 采用 離散 梯形積 分 ，模 塊phi_d

7、和 phi_q 分別輸出定子磁鏈的a 和 b軸 分 量ysa和ysb，ysa和ysb經(jīng)real_imag to compels 模塊得到復數(shù)形式表圖 4 轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈計算單元結(jié)構 定子磁鏈計算示 的 磁 鏈ys， 并 由compels to定子磁鏈的模擬和離散計算式為magnitude_angle 計算定子磁鏈ys的幅值es2dt2dteee和轉(zhuǎn)角。轉(zhuǎn)矩計算電動機轉(zhuǎn)矩計算式為3t = p(y i -y i )b sa sa sb式中，p 為電動機極對數(shù)。(3-3)圖 5 abc/ 坐標系變換模塊結(jié)構4 模塊結(jié)構磁通和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器當 磁 鏈 偏 差( y*e-y ) +ed y2和電動機的轉(zhuǎn)

8、矩和磁鏈都采用滯環(huán)控制， 磁 通 和 轉(zhuǎn) 矩 滯 環(huán) 控 制 器 （ flux torque( y* -y ) + e 和e e(t* -t ) - e 時 ， 滯 環(huán) 模 塊 dt / 2 和2態(tài)“1”和“2”。磁鏈選擇器直接轉(zhuǎn)矩控制將磁鏈空間劃分為 6 個區(qū)間，磁鏈選擇模塊 y 的位置角 j ，判斷磁s鏈 y 運行在哪一個分區(qū)。磁鏈選擇器結(jié)構 s-dt / 2e分別輸出狀態(tài) “1”和“3”，當滯環(huán)模如圖 7 所示，模塊輸入時磁鏈計算模塊輸出 的磁鏈位置角 angle，通過計較和邏輯運算塊dt / 2 和 -dt / 2e e輸出為“0” 時，經(jīng)或非輸出磁鏈所在的分區(qū)編號。門 nor 輸出狀

9、態(tài)為“2”。磁鏈控制是二位滯 環(huán)控制方式，在磁鏈滯環(huán)寬度設為 d 是，圖 6 fluxtorque hysteresis 模塊圖 7 磁鏈選擇器模塊結(jié)構開關表表 1 lookup table 表格h phi 狀態(tài)h te 狀態(tài)12磁鏈選擇器狀態(tài) 3 4561(flux=1)12342063371440255736604117521(flux=-1) 56750671027204圖 8 switching table 開關表開關表（switching table）（如圖 8）用 于得到三相逆變器 6 個開關器件的通斷狀 態(tài)，它由兩張 lookup table 表格（flux=1 和 flux=-

10、1）和三個多路選擇器組成。兩張 lookup table 表格對應的輸出見表 1.表格輸 出加 1 后通過選擇開關 2（multiport switch2） 輸出對應的 6 個開關器件的 8 種開關狀態(tài) v0v7，其中包含了兩種零狀態(tài) v0 和 v7。開關表中，magnetisation 模塊結(jié)構如圖 9 所示，其作用是將磁鏈反饋值與設定值比 較，當反饋值大于設定值時， s-r flip-flop 觸發(fā)器 q 端輸出“1”，當反饋值小于設定值 時，s-r flip-flop 觸發(fā)器 q 端輸出“0”，從而 控制電動機啟動時逆變器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器工 作狀態(tài)，使電動機啟動時產(chǎn)生初始磁通。圖 9 mag

11、netisation 模塊開關控制模塊開關控制模塊（如圖 10）包含了三個 d觸發(fā)器，目的是限制逆變器開關的切換頻率，并且確保逆變器每相上下兩個開關處于相反的工作狀態(tài)，開關的切換頻率可以在模塊的對話框中設置。圖 10 開關控制模塊5 仿真結(jié)果圖 11 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真模型異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真模 型如圖 11 所示，系統(tǒng)由三相交流電源、直 接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)模塊和檢測單元等模塊組 成。三相電源線電壓 360v、60hz，電源內(nèi) 阻，電感。電動機額定參數(shù)：149kw、360v、60hz ，系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩兩項輸入，在調(diào) 速的同時負載轉(zhuǎn)矩也在發(fā)生變化。轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn) 矩 給 定 實 用 離 散

12、控 制 模 型 庫 discrete control drive 中 的 timer 模 塊 ， speed reference 設定值為：t=0s、1s 時轉(zhuǎn)速分別為500 r/min 、0r/min。torque reference 設定值 為：t=0、 時轉(zhuǎn)矩分別為 0 n*m、792 n*m、 -792n*m。模型采用混合步長的離散算法，基本采 樣時間 ts=s，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用時間為 s 。 仿真得到的結(jié)果如圖 13 所示。a）轉(zhuǎn)速響應b）a 相定子電流c)電磁轉(zhuǎn)矩 圖 13 仿真結(jié)果從仿真波形可以看到在 t=0s 時，轉(zhuǎn)速按 設定的上升率（ 900r/min/s）平穩(wěn)升高，在 啟動時達到設定的轉(zhuǎn)速 500r/min。在 0范圍 內(nèi)電動機是空載啟動，電動機電流為 200a （幅值）；時加載 792t，電流上升為 400a （ 幅 值 ）， 加 載 時 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 瞬 時 達 到 1200n*m，但是在系統(tǒng)的控制下，加載對轉(zhuǎn) 速的上升和穩(wěn)定運行沒有明顯影響。1s 后電 動機開始減速，定子電流減小，并且電流頻 率下降。在 t=時轉(zhuǎn)速下降為 0，這時轉(zhuǎn)矩給 定從 792 n*m 變化為-792 n*m ，轉(zhuǎn)速仍穩(wěn) 定為 0r/min，表明系統(tǒng)有很