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空间电压矢量的异步电机直接转矩控制的研究

作　者: 赵刚
导　师: 王德明；刘贤兴
学　校: 江苏大学
专　业: 电机与电器
关键词: 异步电机 直接转矩控制 无速度传感器 全阶状态观测器 空间电压矢量
分类号: TM343
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 273次
引　用: 2次
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内容摘要


直接转矩控制(DTC)技术从上个世纪80年代发展起来,它是继矢量控制技术之后,一种新型高性能的交流调速传动的控制技术。直接转矩控制在定子坐标系下计算和控制交流电机的转矩,采用定子磁场定向控制,直接对逆变器的开关状态进行最佳的控制。它以其简洁明了的结构,优良的静、动态性能,受到了广泛的关注。本文在异步电动机直接转矩控制系统无速度传感器的设计、定子磁链的观测器以及系统高性能数字控制的实现等方面进行了广泛而深入的研究,采用TMS320F2812DSP实现了无速度传感器的异步电动机直接转矩控制系统。在研究传统DTC控制思想的基础上,本文提出了基于空间电压矢量调制(SVM)的直接转矩控制策略,提高了DTC的性能。将空间矢量调制技术应用到直接转矩控制中,在每个采样周期中,可以用两个相邻的基本工作电压矢量及零电压矢量合成求得一个能够恰好补偿当前定子磁链误差与转矩误差的参考电压矢量,进而减少了转矩脉动。仿真和实验结果表明新的自适应速度观测器与磁链观测器结合在一起应用于直接转矩控制系统中,并将空间矢量调制技术加入直接转矩控制策略后,控制系统在保留传统DTC动态性能的情况下,减小了转矩脉动和电磁噪声。该方案简单可靠,观测精度高。论文针对传统磁链观测方法的局限性,研究了一种新的全阶磁链观测器,该观测器同时观测定子磁链和转子磁链。通过数字仿真,其鲁棒性和观测效果得到充分的证实。在磁链观测器的基础上,依据李雅普诺夫理论推导出自适应收敛率,设计出自适应速度观测器,最后这种简单实用的速度估计器与磁链观测器结合在一起应用于直接转矩控制系统中,并进行了仿真和实验研究。最后,在控制系统的数字化实现以及实时软件的编制方面,进行了大量的理论与实践研究。搭建基于TMS320F2812DSP的无速度传感器异步电动机直接转矩控制系统的硬件试验平台。采用C语言编程的方法,成功地完成了DSP实时控制软件的编写工作,实现了无速度传感器的异步电动机直接转矩控制系统的高性能控制。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章 绪论  11-20
  1.1 引言  11
  1.2 异步电机发展概况  11-12
  1.3 直接转矩技术的发展现状及趋势  12-15
    1.3.1 SVM-DTC技术  13
    1.3.2 磁链观测技术的发展  13-15
  1.4 无速度传感器技术的发展现状及趋势  15-18
  1.5 本文研究的主要内容及所做的工作  18-20
第二章 直接转矩控制原理  20-38
  2.1 直接转矩控制基本思想  20-21
  2.2 异步电机数学模型  21-23
  2.3 坐标变换  23-24
  2.4 异步电机数学模型  24-26
    2.4.1 异步电机数学模型  24-26
    2.4.2 异步电机仿真模型的建立  26
  2.5 空间电压矢量  26-35
    2.5.1 电压型逆变器数学模型和空间电压矢量  26-29
    2.5.2 空间电压矢量作用时间  29-30
    2.5.3 电压空间矢量对异步电机定子磁链的调节  30-32
    2.5.4 电压空间矢量对异步电机转矩的调节  32-34
    2.5.5 电压空间矢量的选择  34-35
  2.6 SVM-DTC仿真研究  35-37
  2.7 小结  37-38
第三章 异步电机磁链观测  38-49
  3.1 定子磁链的观测  38-41
    3.1.1 u-i(电压模型)  38-39
    3.1.2 i-n(电流模型)  39-40
    3.1.3 u-n模型  40-41
  3.2 全阶磁链观测器  41-46
    3.2.1 模型参考自适应原理  41-42
    3.2.2 李亚普诺夫稳定性理论  42-43
    3.2.3 构造全阶磁链观测器  43-45
    3.2.4 自适应转速估算  45-46
  3.3 仿真研究  46-48
  3.4 小结  48-49
第四章 基于DSP的SVM-DTC控制系统的硬件实现  49-61
  4.1 主电路设计  50-51
  4.2 DSP数字平台及其外围电路设计  51-60
    4.2.1 DSP选型  51-52
    4.2.2 外扩RAM电路  52-53
    4.2.3 A/D采样  53
    4.2.4 电压电流检测电路  53-55
    4.2.5 D/A  55-56
    4.2.6 电源模块硬件电路  56
    4.2.7 过流、过压保护电路  56-57
    4.2.8 接口电路  57-60
  4.3 小结  60-61
第五章 系统的软件实现  61-69
  5.1 软件编译环境与编写语言  61-63
  5.2 系统控制程序总流程图  63-64
  5.3 SVPWM波形产生  64-66
  5.4 实验结果  66-68
  5.5 小结  68-69
第六章 总结与展望  69-71
  总结  69-70
  展望  70-71
参考文献  71-74
附录A  74-75
附录B  75-76
攻读硕士期间发表论文  76-77
致谢  77

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 交流电机 > 异步电机
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