正版直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真

1、武漢理工大學(xué)運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)計說明書i 目錄1 直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理及特點與規(guī)律. 11.1 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)原理與特點. 11.2 直接轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)的控制規(guī)律和反饋系統(tǒng). 22 系統(tǒng)建模與仿真 . 52.1 模塊模型實現(xiàn) . 52.1.1電機(jī)模型 . 52.1.2磁通和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器 . 72.1.3磁鏈選擇器 . 72.1.4電壓矢量選擇 . 92.1.5其他模塊 . 93 感受和體會 . 11 附錄. 12 參考文獻(xiàn) . 18 武漢理工大學(xué)運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)計說明書1 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)仿真分析1 直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理及特點與規(guī)律直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)簡稱dtc （direct torque

2、control）系統(tǒng)，是繼矢量控制系統(tǒng)之后發(fā)展起來的另外一種高動態(tài)性能的交流電動機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。在它的轉(zhuǎn)速環(huán)里面利用轉(zhuǎn)矩反饋直接控制電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，因此而得名為直接轉(zhuǎn)矩控制。1.1 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)原理與特點如圖 1-1 為直接轉(zhuǎn)矩控制的原理框圖，和vc系統(tǒng)一樣，它也是分別控制異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和磁鏈，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器asr的輸出作為電磁轉(zhuǎn)矩的給定信號*t ，在*t 后面設(shè)置轉(zhuǎn)矩控制內(nèi)環(huán)，它可以抑制磁鏈變化對于轉(zhuǎn)矩的影響，從而使得轉(zhuǎn)速和磁鏈系統(tǒng)實現(xiàn)解耦。 因此，從整體控制結(jié)構(gòu)上來看， 直接轉(zhuǎn)矩控制 （dtc）系統(tǒng)和矢量控制系統(tǒng)（vc）系統(tǒng)是一致的都獲得了較高質(zhì)量的動態(tài)性能以及靜態(tài)性能。圖 1-1

3、直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)圖從圖中中可以看出，直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，就是通過使定轉(zhuǎn)子磁鏈s的幅值保持恒定，然后選擇合理的零矢量的作用次序和作用時寬，以調(diào)節(jié)定子磁鏈?zhǔn)噶康倪\(yùn)動速度， 從而改變磁通角的大小， 以實現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制。 在直接轉(zhuǎn)矩控武漢理工大學(xué)運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)計說明書2 制技術(shù)中，其基本控制方法就是通過電壓空間矢量來控制定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度，控制定子磁鏈走走停停，以改變定子磁鏈的平均旋轉(zhuǎn)速度的大小，從而改變磁通角的大小，以達(dá)到控制電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。直接轉(zhuǎn)矩控制作為一種交流調(diào)速的控制技術(shù)具有以下特點：直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型，直接控制電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。 它不需要將交流電

4、動機(jī)和直流電動機(jī)做比較等效簡化，不需要模仿直流電動機(jī)的控制， 也不需要為解耦而簡化交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型，它省掉了矢量旋轉(zhuǎn)變換等復(fù)雜的變換與計算。因此，它所需要的信號處理工作特別簡單，所用的信號使觀察者對于交流電動機(jī)的物理過程能夠做出直接和明確的判斷。直接轉(zhuǎn)矩以定子磁場定向，只要知道定子參數(shù)就可以把它觀測出來。而矢量控制磁場定向所用的是轉(zhuǎn)子磁鏈，觀測轉(zhuǎn)子磁鏈需要知道電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻和電感。因此，直接轉(zhuǎn)矩控制大大減少了矢量控制技術(shù)中控制性能易受參數(shù)變化影響的問題。直接轉(zhuǎn)矩控制采用空間電壓矢量和六邊形磁鏈軌跡，直接控制轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩和磁鏈都采用兩點式調(diào)節(jié)，把誤差限制在容許的范圍內(nèi)，控制直接又簡化?？刂菩?/p>

5、號的物理概念明確，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快，具有較高的靜、動態(tài)性能。由于以上的優(yōu)點所以直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)在現(xiàn)代控制理論中得到廣泛的運(yùn)用。1.2 直接轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)的控制規(guī)律和反饋系統(tǒng)在 dtc系統(tǒng)中采用的是兩相靜止坐標(biāo)（坐標(biāo)），為了簡化數(shù)學(xué)模型，由三相坐標(biāo)變換成兩相是非常重要的，所以可以避開旋轉(zhuǎn)變換。由式（1-1）和式（1-2）可得ssssmssssspirpilpiliru（1-1）ssssmssssspirpilpiliru（1-2）移項并積分后得武漢理工大學(xué)運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)計說明書3 （1-3）（1-4）式（1-3）和式（ 1-4）就是圖1-1 中所采用的定子磁鏈模型，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1-2 所示。它適合于中

6、低速時切換到電流模型，這是上述能提高魯棒性的優(yōu)點就不得不丟棄。圖 1-2 定子磁鏈模型結(jié)構(gòu)框圖在兩相靜止坐標(biāo)系上的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為)(ssrsmpeiiiilnt（1-5）整理可得)(ssrspeiiiint（1-6）這就是 dtc系統(tǒng)所用的系統(tǒng)模型，結(jié)構(gòu)圖如圖1-3 所示。dtirussss)(dtirussss)(ssrssraubucuaibi2/32/3ciss武漢理工大學(xué)運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)計說明書4 圖 1-3 轉(zhuǎn)矩模型結(jié)構(gòu)框圖sissispnet武漢理工大學(xué)運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)計說明書5 2 系統(tǒng)建模與仿真2.1 模塊模型實現(xiàn)建立如圖 2-1 所示的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真模型， 其中電

7、動機(jī)采用基于坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型，轉(zhuǎn)速采用積分和輸出限幅的pi 調(diào)節(jié)器，定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器采用帶有滯環(huán)的雙位式控制器，電壓矢量選擇環(huán)節(jié)采用simulink 中的 s 函數(shù)編寫。2-1 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真模型2.1.1 電機(jī)模型在進(jìn)行異步電機(jī)的仿真時， 沒有必要對四種狀態(tài)方程逐一進(jìn)行，只要以一種為內(nèi)核，在外圍加上坐標(biāo)變換和狀態(tài)變換，就可得到在不同的坐標(biāo)下、 不同狀態(tài)量的仿真結(jié)果。 因此在此處建立以定子磁鏈、 轉(zhuǎn)速和電流為狀態(tài)變量的狀態(tài)結(jié)構(gòu)為核心，構(gòu)建異步電機(jī)仿真模型，如圖2-2. 其中rt=（rs*lr*lr*rr*lm*lm）/(lr*lr) 。（2-1）1.定子磁鏈計算定子磁鏈的模擬和離散計

8、算式為武漢理工大學(xué)運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)計說明書6 ()sss suridt（2-2）121ssss sktzuriz（2-3）式中，su和si為兩相坐標(biāo)系上的釘子電壓和電流，k 為積分系數(shù)，st為采樣時間。磁 鏈 計 算 采 用 離 散 梯 形 積 分 ， 模 塊 給 出 磁 鏈 ， 并 由complex to magnitude-angle 計算磁鏈s的幅值和轉(zhuǎn)角。2.轉(zhuǎn)矩計算電動機(jī)轉(zhuǎn)矩計算式為32esssstpii（2-4）式中，p為電動積極對數(shù)。圖 2-2 異步電機(jī)仿真模型武漢理工大學(xué)運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)計說明書7 2.1.2 磁通和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈都采用滯環(huán)控制，其控制器結(jié)

9、構(gòu)如圖2-3 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edt時，當(dāng)轉(zhuǎn)矩偏差大于/2edt和小于/ 2edt時，滯環(huán)模塊分別輸出“1”和“ 3”，當(dāng)滯環(huán)模塊輸出為“ 2”時，經(jīng)或非門 nor 輸出狀態(tài)“2”。 磁鏈控制是二位滯環(huán)控制， 分別輸出“1”和 “2”。圖 2-3 轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器模塊2.1.3 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，如圖 2-4 所示，磁鏈選擇器模塊s的位置角，判斷磁鏈s運(yùn)行在哪一個分區(qū)。磁鏈選擇器結(jié)構(gòu)如圖2-5 所示。武漢理工大學(xué)運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)計說明書8 圖 2-4 磁鏈?zhǔn)噶靠臻g圖 2-5 flux sector seeker 模塊結(jié)構(gòu)武漢

10、理工大學(xué)運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)計說明書9 2.1.4 電壓矢量選擇電壓矢量環(huán)節(jié)采用s_function 模塊，如圖 2-6 所示， s函數(shù)見附錄。圖 2-6 電壓矢量選擇環(huán)節(jié)2.1.5 其他模塊仿真模型其他模塊結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖 2-7 兩相坐標(biāo)變換武漢理工大學(xué)運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)計說明書10 圖 2-8 k/p 變換圖 2-9 電流環(huán)圖 2-10 3/2 變換武漢理工大學(xué)運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)計說明書11 3 感受和體會通過這次課程設(shè)計， 我發(fā)現(xiàn)了很多平時學(xué)習(xí)上的不足，也學(xué)到了很多以前沒有涉及到得知識， 在平時的學(xué)習(xí)中常常都是考試要考什么，我就學(xué)什么， 對于一些公式根本就沒有去理解和推導(dǎo)，導(dǎo)致考完試以

11、后就把這些知識給忘掉，沒有能夠轉(zhuǎn)化成自己的知識， 所以剛剛開始做課設(shè)時有點吃力，但是在查閱了很多資料后慢慢對直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真有了自己的理解。盡管這次沒有完全做出仿真結(jié)果，但我依然覺得學(xué)到了很多東西，再等我們這個小組鉆研一段時間，應(yīng)該就能完全弄懂，主要是現(xiàn)在時間真的很緊。作為一名自動化的學(xué)生，通過這門課設(shè)學(xué)到了很多在課本上學(xué)習(xí)不到的知識，這這次課程設(shè)計也培養(yǎng)了我們的團(tuán)隊合作精神，讓幾個人一起作一個課題可以讓我們更好的發(fā)揮自己的特長。課程設(shè)計中我既鞏固了課堂上學(xué)到的理論知識，又掌握了 matlab 的一些基本使用方法。同時，這次課程設(shè)計也培養(yǎng)了我認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和實事求是的工作態(tài)度。另外還要

12、真誠感謝胡紅明老師在我課設(shè)期間給我的幫助，學(xué)術(shù)探討及建議。武漢理工大學(xué)運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)計說明書12 附錄functionsys,x0,str,ts,simstatecompliance=caotian(t,x,u,flag,u1,u2,u3,u4,k) switch flag case 0 sys,x0,str,ts,simstatecompliance = mdlinitializesizes(k); case 1 sys = mdlderivatives(t,x,u,k); case 2,9 sys = ; case 3 sys = mdloutputs(t,x,u); otherwis

13、e dastudio.error(simulink:blocks:unhandledflag, num2str(flag); endfunction sys,x0,str,ts,simstatecompliance = mdlinitializesizes(k) sizes = simsizes; sizes.numcontstates = 1; sizes.numdiscstates = 0; sizes.numoutputs = 1; sizes.numinputs = 1; sizes.dirfeedthrough = 0; sizes.numsampletimes = 1; sys =

14、 simsizes(sizes); str = ; x0 = ; ts = 0 0; simstatecompliance = defaultsimstate; function sys = mdlderivatives(t,x,u,k) if (u(1)=1&u(2)=1&u(3)=1) k=1; elseif(u(1)=1&u(2)=1&u(3)=0) k=2; elseif(u(1)=1&u(2)=0&u(3)=1) k=3; elseif(u(1)=1&u(2)=0&u(3)=0) k=4; 武漢理工大學(xué)運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)

15、計說明書13 elseif(u(1)=0&u(2)=1&u(3)=1) k=5; elseif(u(1)=0&u(2)=1&u(3)=0) k=6; elseif(u(1)=0&u(2)=0&u(3)=1) k=7; elseif(u(1)=0&u(2)=0&u(3)=0) k=8; endswitch u(4) case 1 if (k=1) sa=1; sb=1; sc=0; elseif (k=2) sa=1; sb=0; sc=0; elseif (k=3) sa=0; sb=1; sc=0; elseif (k=4) s

16、a=0; sb=1; sc=1; elseif (k=5) sa=1; sb=0; sc=0; elseif (k=6) sa=1; sb=0; sc=1; elseif (k=7) sa=0; sb=1; sc=1; elseif (k=8) sa=0; sb=0; sc=1; end武漢理工大學(xué)運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)計說明書14 case 2 if (k=1) sa=0; sb=1; sc=0; elseif (k=2) sa=0; sb=0; sc=0; elseif (k=3) sa=0; sb=1; sc=1; elseif (k=4) sa=1; sb=1; sc=1; elseif

17、(k=5) sa=0; sb=0; sc=0; elseif (k=6) sa=1; sb=0; sc=1; elseif (k=7) sa=1; sb=1; sc=1; elseif (k=8) sa=1; sb=0; sc=1; endcase 3 if (k=1) sa=0; sb=1; sc=1; elseif (k=2) sa=0; sb=0; sc=0; elseif (k=3) 武漢理工大學(xué)運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)計說明書15 sa=0; sb=0; sc=1; elseif (k=4) sa=1; sb=1; sc=1; elseif (k=5) sa=0; sb=0; sc=0;

18、elseif (k=6) sa=1; sb=1; sc=0; elseif(k=7) sa=1; sb=1; sc=1; elseif (k=8) sa=1; sb=0; sc=0; endcase 4 if (k=1) sa=0; sb=0; sc=1; elseif (k=2) sa=0; sb=0; sc=0; elseif (k=3) sa=1; sb=0; sc=1; elseif (k=4) sa=1; sb=1; sc=1; elseif(k=5) sa=0; 武漢理工大學(xué)運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)計說明書16 sb=0; sc=0; elseif (k=6) sa=0; sb=1; s

19、c=0; elseif(k=7) sa=1; sb=1; sc=1; elseif (k=8) sa=1; sb=1; sc=0; endcase 5 if (k=1) sa=0; sb=1; sc=0; elseif (k=2) sa=0; sb=0; sc=0; elseif (k=3) sa=0; sb=1; sc=1; elseif (k=4) sa=1; sb=1; sc=1; elseif (k=5) sa=0; sb=0; sc=0; elseif(k=6) sa=1; sb=0; sc=1; elseif (k=7) sa=1; sb=1; sc=1; 武漢理工大學(xué)運(yùn)動控制系統(tǒng)