基于MATLAB的異步電機直接轉矩系統的仿真研究

論文編號:ZD1494  論文字數:18369，附外文翻譯，答辯PPT

題目
基于MATLAB的異步電機直接轉矩控制系統的仿真研究
指導思想和目的要求
 通過畢業設計，加深對所學自動控制原理，電力電子，電機學等的基本原理的掌握及應用，了解異步電機直接轉矩控制系統的仿真研究以及MATLAB相關工具箱進行建模仿真等方面知識，掌握異步電機直接轉矩控制系統的仿真研究的工作原理及構成，為今后的學習工作打下一定的基礎。
三、主要技術指標
 重點分析掌握異步電機直接轉矩控制系統，然后對其進行MATLAB的仿真，通過修改系統各部分的參數，可以輸出穩定的波形。根據示波器輸出結果，對系統的性能進行分析。
四、進度和要求
1.. 準備階段；完成開題報告與外文翻譯                    第1周 ~ 第2周                                                 
2. 完成總體設計方案的論證并撰寫開題報告                 第3周 ~ 第4周
3. 分析異步電機直接轉矩控制系統                        第5周 ~ 第7周                                                                     
4. 提出異步電機直接轉矩控制系統的性能指標、控制原則和控制要求，制定控制系統的控制策略和方法                                     第8周 ~ 第9周
5. 建立系統的數學模型及仿真模型，系統運行性能仿真分析  第10周~第12周
6. 完成論文撰寫                                        第13周~第15周
7. 準備答辯                                              第16周
五、主要參考書及參考資料
[1]盧京潮．自動控制原理．西安：西北工業大學出版社，2010
[2]謝鴻鳴，陳伯時.異步電機定子磁鏈的間接觀測方法[J].電氣傳動，1999
[3]劉賢興等．電力拖動與控制．北京：機械工業出版社，2004
[4]程憲平．機電傳動與控制．武漢：華中科技大學出版社，2003
[5]羅飛等．電力拖動與運動控制系統．北京：化工工業出版社，2007
[6]洪乃剛．電力電子和電力拖動系統的MATLAB仿真．北京：化工工業出版社，2007
[7]李夙．異步電動機直接轉矩控制.北京：機械工業出版社，1994
[8]別紅波，徐中．基于MATLAB的異步電機無速度傳感器直接轉矩控制的仿真研究.
[9]李永東．交流電機數字控制系統.[M]北京：機械工業出版社，2002
[10]薛定宇，陳陽泉．基于MATLAB/Simulink的系統仿真技術與應用. 北京：清華大學出版社，2002
[11]孟慶春，葉錦嬌，郭鳳儀．異步電動機直接轉矩控制系統的改進方案. [J]．中國電機工程學報，2005，25（13）：118–122
[12]陳伯時.交流調速系統.[M].電氣自動化新技術叢書.北京:機械工業出版社2005
[13]爾桂花，竇曰軒編著.運動控制系統.[M].北京:清華大學出版社，2002
[14]王君艷.交流調速.[M].北京:高等教育出版社，2003
[15]王康.異步電動機直接轉矩控制系統的研究與實現.沈陽:東北大學，2004
[16]甄鵬.異步電機直接轉矩控制系統改善低速性能的研究.湖南:中南大學，2005
[17]李武君，阮毅.異步電機直接轉矩控制系統中的定子磁鏈觀測模型.[J].上海市電機工程學會，2006

基于MATLAB的異步電機直接轉矩系統的仿真研究

摘 要

    在交流調速中，直接轉矩控制以思想新穎、結構簡單、控制手段直接和動態特性優良的特點成為了該領域的研究熱點。其基本思想是通過電壓控制定子磁鏈，達到直接控制轉矩的目的，從而實現轉速的控制和調節。
 本文從異步電機數學模型出發，系統闡述了異步電機直接轉矩控制的基本原理，詳細分析空間電壓矢量與定子磁鏈、電動機轉矩的關系。根據定子磁鏈的不同控制策略，首先介紹傳統的六邊形磁鏈軌跡直接轉矩控制的原理和結構，為了克服六邊形磁鏈控制中的轉矩脈動等問題，引入圓形磁鏈軌跡DTC建立模型并仿真。仿真結果表明圓形DTC轉矩脈動小，磁鏈軌跡光滑，但磁鏈開關頻率較高。根據兩種控制方法在低高速域內不同的控制性能，建立低速域采用圓形磁鏈控制，結果表明在低速范圍兩模型之間過渡平滑，速度響應及時，且有效降低磁鏈開關頻率。
 

關鍵詞：直接轉矩控制，六邊形磁鏈軌跡，圓形磁鏈軌跡
 

 ABSTRACT

    In the field of AC machines control, Direct Torque Control (DTC) has become a focus which has many advantages such as new control method, simple structure, direct control means and fast torque response. The basic idea of DTC is to control the motor torque directly through the voltage that acts on the stator flux, so as to control and regulate the rotational speed of the motor.
    This paper described the DTC basic theory of asynchronous motor systematically from mathematical model of asynchronous motor and analyzed the relationship of space voltage vector and stator flux, motor torque. According to different control strategies based on the stator flux, this article intruducs the principle and stucture of the the hexagonal flux trajectory firstly. Based on the simulation software---- Matlab/Simulink, the models of the hexagonal flux trajectory DTC are build.  The results are obtained through simulation studies that it has low flux switching frequency with large torque ripple especially in the low speed range. In order to improve the performance of the hexagonal flux DTC at low-speed, a circular flux stajectory is analyzed and the simulation model of circular flux trajectory control DTC is build. It can be seen from the simulation result that the torque ripple is smaller with smoth flux path, but the flux switching frequency is much high. Based on the two different control methods with their own control performance at low speed range, a model of full speed range is build which uses circular flux control methods at low speed range .The simulation studies show that these two models can complete the conversion smothly and reduce the switching frequecy of the flux effectively.

Keywords:  Direct Torque Control , hexagonal flux trajectory , circular flux trajectory

基于MATLAB的異步電機直接轉矩系統的仿真研究
目錄

第一章  緒論 1
1.1 電機調速技術的發展概述 1
1.2 直接轉矩控制國內外研究現狀 3
1.2.1 磁鏈觀測 3
1.2.2 控制策略 4
1.3 論文工作及結構安排 5
第二章 直接轉矩控制原理 6
2.1 異步電機數學模型 6
2.1.1 三相靜止坐標系下的異步電機方程 6
2.1.2 兩相靜止坐標系下的異步電動機方程 8
2.1.3坐標轉換 9
2.2 直接轉矩控制的基本原理 12
2.2.1 電壓空間矢量的概念 12
2.2.2 電壓空間矢量對定子磁鏈的控制 14
2.2.3 電壓空間矢量對轉矩的控制 15
2.3六邊形磁鏈軌跡直接轉矩控制系統 16
2.3.1六邊形磁鏈的控制策略 16
2.3.2 六邊形磁鏈直接轉矩控制系統結構 19
2.4 圓形磁鏈軌跡的直接轉矩控制系統 22
2.4.1 圓形磁鏈的控制策略 22
2.4.2 圓形磁鏈直接轉矩控制系統的結構 23
2.5 本章小結 24
第三章 直接轉矩控制的仿真 25
3.1異步電動機數學仿真模型的建立 25
3.2圓形磁鏈軌跡直接轉矩控制系統仿真 26
3.2.1 仿真模塊的建立 26
3.2.2 開環仿真 29
3.2.3閉環仿真 34
3.3本章小結 37
第四章   結論與展望 38
4.1 總結 38
4.2 展望 39
致謝 40
參考文獻 41
畢業設計小結 42