三相异步电机直接转矩控制系统研究
异步电机直接转矩控制系统研究开题报告
异步电机直接转矩控制系统研究开题报告开题报告一、选题背景及意义异步电机是一种常用的电动机类型，具有体积小、重量轻、可靠性高等优点，广泛应用于工业生产中。
在传统的异步电机控制系统中，通常采用矢量控制或者传统的感应电机转矩控制方法。
然而，这些方法存在一些问题，如控制精度不高、系统响应时间长等。
为了解决这些问题，越来越多的研究者倾向于使用直接转矩控制（DTC）方法来控制异步电机。
直接转矩控制是一种开环控制方法，通过检测电机内部变量来实时调整控制策略，从而实现对电机转矩的直接控制。
相比传统的闭环控制方法，直接转矩控制具有响应快、控制精度高等优点。
因此，研究异步电机直接转矩控制系统具有重要的理论和实际意义。
二、研究目标及内容本次研究的目标是设计和实现一种高性能的异步电机直接转矩控制系统。
具体而言，研究内容包括以下几个方面：1.异步电机的数学模型建立：通过对异步电机的电磁特性进行分析，建立电机各个变量之间的数学关系。
2.直接转矩控制策略的设计：基于数学模型，设计一种适用于异步电机的直接转矩控制策略，使得控制系统能够实现对电机转矩的直接控制。
3.控制系统的硬件实现：搭建实验平台，选择合适的控制器和传感器，并进行硬件的连接与配置，实现控制系统的硬件部分。
4.控制系统的软件实现：通过编程语言，编写控制系统的软件程序，实现控制策略的实时调整和电机转矩的控制。
5.控制系统的性能评估与优化：通过实验测试，对控制系统进行性能评估，分析其控制精度、响应时间等指标，并对系统进行优化。
三、研究方法与技术路线本次研究将采用实验研究的方法，具体分为以下几个步骤：1.理论研究和调研：对异步电机直接转矩控制系统的相关理论进行研究，了解目前的研究现状和存在的问题。
2.数学模型的建立：通过分析异步电机的电磁特性，建立电机各个变量之间的数学关系，得到电机的数学模型。
3.控制策略的设计：基于数学模型，设计一种适用于异步电机的直接转矩控制策略，并进行仿真验证。
异步电动机矢量控制_FOC_和直接转矩控制_DTC_方案的比较
异步电动机矢量控制_FOC_和直接转矩控制_DTC_方案的比较首先，我们来看看FOC方案。
FOC方案是基于电机矢量控制理论而发展起来的一种控制方法，在控制异步电动机时，可以通过精确测量和控制转子磁链矢量的方向和大小，来实现精确控制电机的转矩和转速。
其核心思想是将电动机的三相定子电流进行矢量拆分，分为一个磁场矢量和一个转矩矢量，从而实现转子磁链方向和大小的控制。
FOC方案的优点是控制精度高，响应速度快。
由于可以实时测量和控制电机的磁链矢量，FOC方案可以精确控制电机的转矩和转速。
此外，由于转子磁链矢量可以根据需要即时调整，FOC方案可以快速响应转矩和速度的变化，从而适用于需要快速响应和精确控制的应用。
然而，FOC方案也存在一些缺点。
首先，FOC方案的实现较为复杂，需要进行电流和电压的矢量控制，以及相应的转子定位和速度估算算法。
这些复杂的控制算法在实践中需要较高的计算能力和较多的计算资源，因此实现起来较为困难。
其次，FOC方案对于电机参数和系统模型的准确性要求较高。
由于FOC方案需要测量和控制转子磁链矢量，因此对电机参数和系统模型的准确性要求较高，如果参数不准确，将导致控制性能下降。
接下来，我们来看看DTC方案。
DTC方案是一种基于直接转矩控制原理的控制方法，其核心思想是通过采用转矩和磁链两个控制变量直接控制电机的转矩和速度。
DTC方案通过测量和计算磁链和转矩的误差，根据预定的控制规则直接调节电机的电压和频率，以实现对电机转矩和速度的控制。
DTC方案的优点是实现简单，控制快速。
DTC方案不需要进行电流和电压的矢量控制，只需要测量和控制磁链和转矩的误差，因此实现起来相对简单。
此外，DTC方案由于直接控制电机的电压和频率，可以快速响应转矩和速度的变化，适用于需要快速相应和简单控制的应用。
然而，DTC方案也存在一些缺点。
首先，DTC方案的动态性能较差。
由于DTC方案是基于磁链和转矩误差进行控制的，其控制性能受到不可避免的误差和延迟的影响，因此其动态性能较差，不能达到FOC方案的精确度和响应速度。
异步电机直接转矩控制策略研究
在实际应用中，还需要考虑异步电机及其控制系统的硬件设计、电磁兼容性、热损耗和安全保护等问题，以确保整个系统的性能和可靠性。
本文所提出的控制策略主要针对异步电机，对于其他类型的电机如直流电机、永磁同步电机等尚未进行研究和比较，未来可以进一步拓展研究范围，探索不同类型电机的最优控制策略。
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研究现状
随着技术的不断发展，对异步电机控制策略的研究也在不断深入，未来将会有更加先进的控制策略应用于异步电机控制中，进一步提高电机的性能和效率。同时，随着人工智能、机器学习等技术的不断发展，这些技术也将被应用于异步电机控制领域，为电机控制策略的研究带来新的思路和方法。
发展趋势
异步电机直接转矩控制理论基础
控制系统的性能指标
异步电机直接转矩控制策略研究
03
电压型直接转矩控制策略是通过控制异步电机的定子电压，以实现对其电磁转矩的直接控制。
电压型直接转矩控制策略
控制原理
该策略通过观测异步电机的转速和转子位置，计算所需的电磁转矩，进而调节定子电压以达到控制要求。
控制流程
电压型直接转矩控制策略具有控制简单、易于实现等优点，同时能够适应非线性负载和复杂环境。
实验结果分析
控制策略比较
将提出的控制策略与其他常用的控制策略进行比较，评估其性能和优势。
控制策略优化
针对实验结果进行分析，对控制策略进行优化，提高控制效果和性能。
讨论
对实验结果进行深入讨论，分析不同控制策略下的性能差异和优缺点，为进一步改进提供依据。
控制策略比较与讨论
结论与展望
05
本文提出了一种新的异步电机直接转矩控制策略，该策略基于矢量控制理论，通过直接控制转矩和磁通来实现对异步电机的精确控制。
直接转矩控制系统
从上式可看出（0 1 0）对应位于距离 α 轴逆时针相差 2π / 3 的角度上。 ④（Sa，Sb，Sc）=1 0 0 时，
ua = 2ud / 3 ub = uc = −ud / 3
将 ua ， ub ， uc 代入 us (t ) 的表达式得：
2 us (t ) = [ua + ub e j 2π / 3 + uc e j 4π / 3 ] 3
[式中 ua ， ub ， uc 为 a 、 b 、 c 三相定子负载绕组的相电压。] 下面举例说明状态空间矢量的位置； ①（Sa，Sb，Sc）=0 1 1 时，
ua = −2ud / 3 ub = uc = ud / 3
为定子电流空间状态矢量， ir 为转子电流空间状态矢量； ω 为电机角速度；]
ψ s = Ls is + Lmir ψ r = Lmis + Lr ir
（16）
[对应书中公式（5-3） ，ψ s 为定子磁链空间矢量；ψ r 为转子磁链空间矢量； Ls 定子自 感， Lm 定转子互感， Lr 转子自感； is 为定子电流空间状态矢量， ir 为转子电流空间状态矢 量；] 实部和虚部分离可得
从上式可看出（0 0 1）对应位于距离 α 轴逆时针相差 4π / 3 的角度上。 ③（Sa，Sb，Sc）=0 1 0 时，
ua = uc = −ud / 3 ub = 2ud / 3
将 ua ， ub ， uc 代入 us (t ) 的表达式得：
u 2u u 2 1 3 1 3 us (t ) = [(− d ) + d (− + j ) + (− d )(− − j )] 3 3 3 2 2 3 2 2
异步电动机直接转矩控制系统的MATLAB仿真
异步电动机直接转矩控制系统的MATLAB仿真一、本文概述随着电力电子技术和控制理论的不断发展，异步电动机直接转矩控制系统（Direct Torque Control, DTC）已成为电动机控制领域的重要研究方向。
该控制系统以其快速响应、高鲁棒性和简单的结构特性，在电力驱动、工业自动化、新能源汽车等领域具有广泛的应用前景。
本文旨在通过MATLAB仿真平台，对异步电动机直接转矩控制系统进行深入研究和探讨。
本文将首先介绍异步电动机直接转矩控制的基本原理和主要特点，包括其与传统矢量控制方法的区别和优势。
随后，将详细阐述异步电动机的数学模型，以及DTC系统中转矩和磁链的控制策略。
在此基础上，利用MATLAB/Simulink仿真软件，构建异步电动机DTC系统的仿真模型，并对仿真模型中的关键参数和模块进行详细设计。
本文的重点在于通过仿真实验，分析异步电动机DTC系统的动态性能和稳态性能，探讨不同控制参数对系统性能的影响。
将针对仿真结果中出现的问题和不足，提出相应的改进措施和优化策略，以提高DTC系统的控制精度和稳定性。
本文将对异步电动机直接转矩控制系统的未来发展趋势和应用前景进行展望，为相关领域的研究人员和工程师提供参考和借鉴。
二、异步电动机直接转矩控制系统理论基础异步电动机直接转矩控制系统（Direct Torque Control, DTC）是一种高效的电机控制策略，旨在直接控制电机的转矩和磁链，从而实现快速动态响应和优良的控制性能。
与传统的矢量控制相比，DTC具有算法简单、易于数字化实现、对电机参数变化不敏感等优点。
异步电动机DTC系统的理论基础主要建立在电机转矩和磁链的直接控制上。
在DTC中，通过检测电机的定子电压和电流，利用空间矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM）或滞环比较器（Hysteresis Comparator）等控制手段，直接计算出所需的电压矢量，以实现对转矩和磁链的快速调节。
三相开关磁阻电机直接转矩控制系统的研究
任何 时刻所产 生磁链增量 △ 的方 向与 电源 Ｕ 的方 向 相同， 其 幅值 大小 正 比于所加 时间 △ ￡ 的 长短 。
１ ． ２ 转矩与磁链
对Ｓ Ｒ Ｍ 的 转 矩分 析 可 知 ， 电机 的 电磁 转 矩 等 于 在任 意时间 内转子位 置 变化 时 对 应 的 电磁 能 变化 率 ， 电机 的电磁能 可 由磁 链 表达 ， 忽 略 电机 内其 他磁 能 影 响， 因此电机 的转矩 丁（ Ｎ ｍ） 可近 似表 为 ：
… … … … … … … … …
。
（ ５ ）
由于 电机 定子 电阻较小 可忽 略 ， 将式 （ ５ ） 表 达为 ：
Ｏ ， ｉ ） Ｏ Ｏ ｕ—Ｏ （ Ｊ （
ｄ
。＿一
开关磁 阻电机 的电磁方 程 为 ：
Ｕ＝ Ｒｉ 十
ｄｔ
ａ
：
ｄ ｆ
。
。
… … … … … … … … ．（ １ ）
第１ 期（ 总第 １ ７ ６期 ）
２ ０ １ ３年 ２月
机 械 工 程 与 自 动 化 Ｍ ＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ Ｅ ＮＧＩ ＮＥＥ ＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭ Ａ２ 、 Ｉ ＯＮ
Ｎｏ． １
Ｆｅ ｂ ．
文章编号： １ ６ ７ ２ — ６ ４ １ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ １ ４ ８ — ０ ３
收 稿 日期 ：２ ０ １ ２ — ０ ９ — ２ ９ ；修 回 日期 ：２ ０ １ ２ ～ １ ０ — ０ ８ 作 者 简介 ： 肖霄 （ １ ９ ８ ７ 一 ） ，女 ，辽 宁 鞍 山人 ，在 读硕 上研 究生 ，主 要 研 究 方 向 ：复杂 大 系 统 。
２ ０ １ ３年 第 １期
异步电机直接转矩控制及其数字化研究
华中科技大学文华学院学生毕业设计论文题目：异步电机直接转矩控制及其数字化研究学生姓名：学号：学部（系）：专业年级：指导教师：职称或学位：高工2010年5月16日目录异步电机直接转矩控制及其数字化研究 (4)摘要 (4)关键词 (5)Asynchronous motor direct torque control and digital research (5)ABSTRACT (5)Key words (8)1．绪论 (8)1.1 课题背景 (8)1.2 直接转矩控制的产生与概况 (9)1.3 异步电机发展概况： (9)1.4 课题的主要研究内容 (10)1.4.1 定子磁链的准确估计 (10)1.4.2 减小转矩脉动和保持开关频率恒定 (11)1.5 本章小结 (13)2. 应电动机直接转矩控制的基本原理 (13)2.1 异步电动机的数学模型 (13)2.1.1 异步电动机在任意速旋转坐标系下的数学模型 (15)2.1.2 异步电动机在两相静止坐标系下的数学模型 (16)2.1.3异步电动机在两相同步坐标系下的数学模型 (18)2.1.4仿真结果及分析 (19)2.2直接转矩控制的基本原理 (22)2.3定子磁链的估计模型 (27)2.3.1定子磁链估计的u-i模型 (27)2.3.2定子磁链估计的i-n模型 (27)2.3.3定子磁链估计的u-n模型 (28)2.3.4定子磁链估计的加权模型 (28)2.3.5仿真结果及分析 (30)2.4电压空间矢量的选择 (35)2.4.1电压空间矢量的分类 (35)2.4.2电压空间矢量对定子磁链的影响 (37)2.4.3电压空间矢量对电磁转矩的影响 (41)3．直接转矩控制系统的仿真研究 (42)3.1系统的总体构成 (42)3.2仿真模型的建立 (43)3.3仿真结果及分析 (50)4．总结与展望 (51)参考文献 (52)致谢 (54)异步电机直接转矩控制及其数字化研究摘要直接转矩控制技术在电力机车牵引、汽车工业以及家用电器等工业控制领域得到了广泛的应用。
基于DSP的异步电动机直接转矩控制系统设计与研究
韶 关学 院学 报 ・自然 科学
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｈ ｏ ｕ ｎ Ｕｎｖ ｒｉ ・Ｎａｕ ａ ｃｅ ｃ ｏ ｒ ａ ｆＳ ａ ￣ ａ ｉｅｓｔ ｙ ｔｒｌＳ ｉｎ ｅ
Ａｇ ２ ２ ｕ．０１ Ｖｏ ． ３ １３ Ｎｏ ８ ．
・
５ ・ ２
２ ２ ０１
框 图如图 １所示 ． 由式 （ ） １ 可知 ， 电机 的转 矩等 于定子 磁势矢 量 和合成 磁势 矢量 Ｆ 的矢 量积 ， 而定 子磁 势 矢量 正 比于定 子 电流矢 量 ，合成 磁势矢 量 Ｆ 正 比于磁 链矢 量 ，因此 电机 的转 矩与 定子 电流 矢量 ｚ 和磁链 矢量 的模 值及 二者 间 的夹 角有 关 ，且 定 子 电流矢 量 的模值 可在 控制 系统 中直接检 测 得到 。 磁
变频 调 速 在 交流 调 速技 术 中具 有 绝对 优 势 ， 的调速 性 能 和可 靠性 不 断完 善 ， 它 价格 不 断 降低 ， 有 显 具 著 的节 电效 果 ， 于 实现 过 程 自动 化 ， 工业 控 制 领域 具 有 广 阔的应 用 前 景 ｜ 采 用 先进 的变 频控 制 技 术 ， 易 在 １ ］ ． 以高 性 能 的微处 理 器作 为 中央 控 制器 ． 计 变频 控 制 系统 已成 为 驱 动控 制 领域 发 展 的方 向． 文通 过采 用 设 本
直 接 转 矩 控 制 技术 是 将 变 频器 与 异 步 电机 看 作 一 个 整体 进 行 分析 ．利 用 ＭＡ Ｌ Ｔ ＡＢ仿 真 软件 建 立 了基 于 Ｄ Ｐ的直 接 转矩 控 制 变频 系 统仿 真 模 型 ， 到 相 应 的仿 真 结果 曲线 ； Ｓ 得 采用 Ｔ 公 司 的 Ｄ Ｐ作 为控 制 器搭 建 Ｉ Ｓ
异步电动机直接转矩控制系统仿真
异步电动机直接转矩控制系统仿真Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998现代电力传动及其自动化 —课程作业异步电动机直接转矩控制系统仿真1、直接转矩控制系统的基本思想直接转矩控制系统简称 DTC ( Direct Torque Control) 系统，在它的转速环里面，利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩，因而得名。
直接转矩控制是标量控制。
它借助于逆变器提供的电压空间矢量，直接对异步电动机的转矩和定子磁链进行二位控制，也称为砰-砰（bang-bang ）控制。
三相异步电动机电磁转矩表达式为:)(sin m t K r s θψψ=r s ψψ、分别为定子、转子磁链的模值，)(t θ为定子、转子磁链之间的夹角，称为磁通角。
对式（）分析，电磁转矩决定于定子磁链和转子磁链的矢量积，即决定于两种幅值和其间的空间电角度。
若r s ψψ、 是常数,改变转矩角可改变转矩。
而且Ψr 的变化总是滞后于Ψs 的变化。
但是在动态过程中，由于控制的响应时间比转子的时间常数小得多，在短暂的过程中，就可以认为Ψr 不变。
可见只要通过控制保持Ψs 的幅值不变，就可以通过调节转矩角来改变和控制电磁转矩，这是直接转矩控制的基本原理。
图直接转矩控制系统原理图在定子两相静止坐标系下，根据磁链给定值与异步电机的实际磁链观测值相比较得到磁链误差，进而确定磁链的调节方向，根据给定的电磁转矩值与异步电机的实际电磁转矩观测值相比较得到转矩误差，进而确定转矩的调节方向，然后根据定子磁链信号、转矩信号以及定子磁链所在位置确定选择合适的电压空间矢量，从而确定三相电压源逆变器的开关状态，使异步电机的电磁转矩快速跟踪外部给定的电磁转矩值。
由图得直接转矩控制系统仿真结构框图，如图所示。
图 直接转矩控制系统仿真结构框图2、单元模块说明定子电压与定子电流的三二变换三相/两相变换矩阵如式（），其仿真结构框图如图所示。
异步电机直接转矩控制
直接转矩控制系统主要特点
在具体控制方法上，DTC系统和VC系统有所不同， ⑴ 转矩和磁链的控制采用Bang—Bang控制器，并在PWM逆变
器中直接用这两个控制信号产生电压的SVPWM波形，从而 避开了将定子电流分解成转矩和磁链分量，省去了矢量旋 转变换和电流控制，简化了控制器的结构； ⑵ 选择定子磁链作为被控量，而不像VC系统那样选择转子 磁链，计算磁链的电压模型不受转子参数变化的影响，提 高了控制系统的鲁棒性。
•电压空间矢量 Vs V jV
•a-b-c系 系坐标变换（3 / 2)
Vs 23[Vab＋Vbcej23 Vcaej43 ]
(1)
•按3 / 2变换关系，可定出逆变器输出8个电压空间矢量的
空间位置
幅值大小
转向
以
开
关
状
态
（
S
a
S
b
S
）
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＝1
0
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例
据
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有
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Va
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Vbc＝0
E
Vca＝ － E
S0 不变－Te
0
Te
说明实际转矩 Te
瞬时值在
T
e
Te
间变化
平均值 Te＝ Te
3、转矩与定、转子磁链 s ，r的关系
•
Te
KT Lm
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s
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s , r
s ,
大
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小
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，
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三相异步电机直接转矩控制研究
毕 业 设 计2013 年 5 月 15日设计题目 三相异步电机直接转矩控制研究 学生姓名 学 号 20092252 专业班级 电气工程及其自动化09级—2班 指导教师 院系名称 电气与自动化工程学院目录中文摘要： (1)关键词： (1)Abstract: (2)Keywords: (3)1 绪论 (4)1.1 课题研究的背景、目的及其意义 (4)1.2 直接转矩控制算法的国内外研究现状 (6)2 直接转矩控制的理论基础 (6)2.1 三相异步电机的数学模型 (6)2.1.1三相异步电机的数学模型 (6)2.1.2电压空间矢量对定子磁链的影响 (8)2.1.3电压空间矢量对电机转矩的影响 (9)2.2 逆变器以及基本空间矢量的概念和原理 (10)3. 直接转矩控制的控制原理 (12)3.1定子磁链矢量空间位置检测 (13)3.2 定子磁链、转矩和扇区的计算 (14)3.2.1定子磁链估计 (14)3.2.2 电磁转矩估计 (18)3.3 定子磁链和电磁转矩的控制 (18)3.4磁链调节和转矩调节 (20)3.5 起动问题 (21)3.6 直接转矩控制与传统的矢量控制比较 (21)3.6.1 直接转矩控制的特点 (22)3.6.2 DTC与矢量控制的比较 (22)3.7 本章小结 (23)4. 直接转矩控制系统的仿真和性能分析 (23)4.1 关于MATLAB软件 (23)4.2 MATLAB软件简介 (24)4.3 直接转矩控制系统的Matlab／Simulink仿真 (24)4.4 直接转矩控制系统的性能优缺点分析 (26)4.5本章小结 (27)结论 (28)谢辞 (30)[参考文献] (31)三相异步电机直接转矩控制研究中文摘要：对于三相异步电机来说，直接转矩控制（DTC）是一种高性能的变频调速控制方案。
三相异步电机的直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后发展起来的一种新型、高性能变频调速技术。
基于直接转矩控制的三相异步电机的变频调速系统设计
基于直接转矩控制的三相异步电机的变频调速系统设计1．前言近年来,随着电力电子技术、现代高精度控制理论以及高速数字信号处理器的不断发展,涌现出了很多针对三相异步感应电机的变频调速控制算法。
直接转矩控制算法就是其中最新的一种控制算法,它以控制结构简单、算法易于实现以及磁链和电磁转矩响应快速精确等特点,受到了业界的极大重视,被公认为交流调速领域未来发展的主流。
总体而言，研究基于直接转矩控制的三相异步电机的变频调速系统设计的目的和意义在于提高电机的性能、降低能耗、改善稳定性，进而推动电机应用领域的发展和电机控制技术的进步。
随着工业自动化的不断发展，对电机调速系统的需求日益增加。
而三相异步电机作为工业中常见的驱动装置，其变频调速系统设计对提高生产效率和降低能耗具有重要意义。
直接转矩控制作为一种高效的控制方法，引起了研究者的广泛关注。
目前，国内外在基于直接转矩控制的三相异步电动机变频调速系统设计领域有广泛研究。
国内研究主要集中在提高系统性能、降低成本和增强鲁棒性方面。
在国外，一些先进的控制算法和技术被引入，以优化系统性能和响应速度。
文献中涵盖了多个方面的研究，包括直接转矩控制的原理、仿真实验、硬件设计以及与其他控制方法的比较。
研究者们通过仿真实验验证了直接转矩控制在提高电机动态性能和稳态性能方面的优越性。
同时，一些文献也关注了系统的实际应用，如在电动汽车领域的应用。
焦点集中在如何优化基于直接转矩控制的三相异步电机变频调速系统。
文献中提到的一些关键问题包括转矩脉动、控制方法的复杂性以及系统硬件和软件成本。
研究者们通过引入新的技术、优化控制算法、改进硬件设计等方面来解决这些问题，以提高系统的性能、降低成本，并适应未来的发展趋势，如电动汽车的普及和对能效的更高要求。
总体来说，焦点在于推动基于直接转矩控制的电机调速系统朝着更高效、智能、经济和可持续的方向发展。
2．主 体直接转矩技术由德国学者首先提出。
德国鲁尔大学Depenbrock 教授最先指出了的该技术中的里程碑式的一个概念"六边形到圆形磁链轨"18%。
毕业设计-三相异步电动机直接转矩控制研究
目录摘要： (1)Abstract： (2)1 前言 (3)1.1 交流电机控制技术的发展与展望 (3)1.2 直接转矩控制技术的优点 (5)1.3 直接转矩控制技术的现状及发展趋势 (6)2 三相异步电机直接转矩控制基本原理 (8)2.1 三相异步电动机的数学模型 (8)2.1.1 三相异步电机的数学模型 (8)2.1.2电压空间矢量对定子磁链的影响 (9)2.1.3电压空间矢量对电机转矩的影响 (11)2.2三相异步电机直接转矩控制系统的实现 (11)2.2.1逆变器的开关状态和电压状态 (11)2.2.2电压空间矢量 (12)2.2.3圆形磁链轨迹的形成 (13)2.3电压空间矢量开关信号的选择 (14)2.4本章小结 (16)3 三相异步电机直接转矩控制策略 (17)3.1定子磁链矢量空间位置检测 (17)3.2 定子磁链和电磁转矩的估计 (18)3.2.1定子磁链估计 (18)3.2.2 电磁转矩估计 (22)3.3磁链调节和转矩调节 (22)3.4 起动问题 (23)3.5 直接转矩控制技术 (23)3.6 本章小结 (25)4 直接转矩系统MATLAB/SIMULINK仿真 (26)4.1 仿真软件MATLAB简介 (26)4.2 三相异步电机直接转矩控制系统的仿真 (28)4.3直接转矩控制系统的仿真结果与分析 (29)4.4本章小结 (30)结论 (31)谢辞 (32)参考文献 (33)三相异步电动机直接转矩控制研究摘要异步电动机以其结构简单、制造方便、经济耐用的优点，在工、农、国防等诸多领域得到了广泛应用，其总用电量占全国工业用电量的60%以上。
直接转矩控制是上世纪80年代继矢量控制之后的又一新型高性能交流电机控制技术，它直接对电机转矩进行控制，解决了矢量控制计算复杂、特性易受电机参数影响等问题。
本论文在掌握直接转矩控制理论的基础上，对异步电动机直接转矩控制系统进行了仿真研究。
三相异步电动机直接转矩控制系统仿真报告
三相异步电动机直接转矩控制系统仿真报告摘要：利用直接转矩控制( DTC )理论，研究异步电动机直接转矩控制调速系统的基本组成和工作原理，建立了异步电动机直接转矩控制系统的仿真模型。
利用MATLAB /Simulink软件对异步电动机直接转矩控制系统进行建模和仿真。
结果表明: DTC系统具有动态响应速度快、精度高、易于实现的优点。
仿真结果验证了该模型的正确性和该控制系统的有效性。
关键词：异步电机；直接转矩控制； MATLAB仿真1 引言自从20世纪70年代矢量控制技术发展以来，交流拖动技术就从理论上解决了交流调速系统在静动态性能上与直流调速系统相媲美的问题。
所谓矢量控制，就是将交流电动机模拟成直流电动机来控制,通过坐标变换实现电机定子电流的励磁分量和转矩分量的解耦，然后分别独立控制，从而获得高性能的转矩和转速响应特性。
直接转矩控制(Direct Torque Control DTC)是在矢量控制基础之上发展起来的，是继矢量控制以后提出的又一种异步电动机控制方法。
其思路是把异步电动机和逆变器看成是一个整体，采用电压矢量分析方法直接在静止坐标系下分析和计算电动机的转矩和磁链，通过磁链跟踪得出PWM 逆变器的开关状态切换的依据从而直接控制电动机转矩"与矢量控制相比，直接转矩控制的主要优点是:在定子坐标系下对电动机进行控制，摒弃了矢量控制中的解藕思想，直接控制电动机的磁链和转矩，并用定子磁链的定向代替转子磁链的定向，避开了电动机中不易确定的参数(转子电阻)"由于定子磁链的估算只与相对比较容易测量的定子电阻有关，所以使得磁链的估算更容易、更精确，受电动机参数变化的影响也更小"此外，直接转矩控制通过直接输出转矩和磁链的偏差来确定电压矢量，与以往的调速方法相比，它具有控制直接!计算过程简化的优点"因此，直接转矩控制一问世便受到广泛关注，目前国内外围绕直接转矩控制的研究十分活跃。
异步电机直接转矩控制系统研究(本科毕业设计)
目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1电机调速技术的发展概况 (1)1.2直接转矩控制技术的发展现状 (2)1.2.1直接转矩控制的现状及发展趋势 (2)1.2.2目前的热点研究问题及解决方法 (2)1.3本文所做的工作 (3)第2章直接转矩控制理论 (4)2.1概述 (4)2.2直接转矩控制的基本原理 (4)2.2.1异步电机动态数学模型 (4)2.3逆变器的输出电压状态及电压空间矢量 (6)2.3.1逆变器输出电压状态 (6)2.3.2电压空间矢量 (7)2.4电压空间矢量对电动机定子磁链和转矩的影响 (8)2.4.1异步电机的磁链观测模型 (8)2.4.2电压空间矢量对定子磁链影响 (9)2.4.3电压空间矢量对转矩的影响 (10)2.5直接转矩控制系统的基本组成 (11)2.5.1磁链滞环调节器 (12)2.5.2转矩滞环调节器 (12)2.5.3开关信号选择单元 (13)2.6低速范围内的解决方案 (13)第3章异步电机直接转矩控制系统的建模与仿真 (16)3.1仿真软件MATLAB简介 (16)3.1.1MATLAB 语言 (16)3.1.2软件构成 (16)3.2仿真模型搭建及参数设置 (18)3.3仿真结果及分析 (20)第4章系统硬件电路的设计 (21)4.1控制电路结构简介 (21)4.2DSP(TMS320LF2407A) (21)4.3 3.3V DSP与5V逻辑器件的混合接口问题 (23)4.3.1 逻辑电平不同，接口时出现的问题 (23)4.3.2 系统接口实现方法 (24)4.4转子速度的测量 (26)4.5A/D采样电路 (26)4.6主电路结构框图 (27)4.7IPM智能模块7MBP50RA120功能简述 (28)4.8主电路的保护功能 (29)4.9主电路的控制电源 (30)第5章系统控制软件的设计开发 (31)5.1系统软件总体设计 (31)5.2软件模块 (34)5.2.1初始化模块 (34)5.2.2串口通讯模块 (35)5.2.3电流采样模块 (35)5.2.4电机转速采样模块 (36)5.2.5 Pl调节模块 (37)参考文献 (38)致谢 (40)异步电机直接转矩控制系统研究摘要：本文介绍了异步电机直接转矩控制的基本原理和系统的基本构成，在此基础上，通过Matlab／Simulink建立了各个模块的仿真模型，构建了直接转矩控制仿真系统，对直接转矩控制方法的特点及其存在的问题进行了仿真分析研究，验证了直接转矩控制系统的可行性。
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保密类别编号武汉大学珞珈学院毕业论文异步电机直接转矩控制系统的研究系别电气工程与自动化专业电气工程与自动化年级2012级电气四班学号20120801155姓名颜东明指导教师应黎明武汉大学珞珈学院摘要直接转矩控制技术简称为DTC，是继矢量控制技术之后，发展起来的另一种新型的，高动态性能变频调速技术。
具有控制结构较简单、转矩响应快并且易实现全数字化等特点。
但由于其转矩脉动较大，启动电流过大等不足，阻碍了其发展跟应用。
为此，本文针对感应电机直接转矩控制系统的性能展开相应的理论跟实验研究，主要研究内容如下：（1）建立三相异步电机的数学模型，通过变换矩阵得到电机在二相静止和两相旋转坐标系下的数学模型。
（2）阐述三相异步电机的直接转矩控制原理，利用Matlab/Simulink仿真软件，设计出直接转矩控制模型。
（3）对直接转矩控制进行的系统的分析，包括系统的静态特性和动态特性。
关键词：感应电机；直接转矩控制；Matlab/Simulink仿真Study of the induction motor direct torque control systemABSTRACTAbbreviation for DTC direct torque control technology, which is after the vector control technology, developed a kind of new,High dynamic performance of frequency control technology. Have control structure is simple, fast torque response and easy to realize the fully digital, etc.But due to the large torque ripple, the start current is too large, such as insufficient, hinder its development and application. Therefore, in this paper should be motor direct torque control system about the performance of the corresponding theory and experimental research, the main research content is as follows:(1)to establish the mathematical model of three-phase asynchronous motor, the motor is obtained by transformation matrix under the second phase stationary and two phase rotating coordinate system mathematical model.(2)in this paper, the three-phase asynchronous motor direct torque control principle, using Matlab/Simulink simulation software, design the model of the direct torque control.(3)the analysis of direct torque control system, including the static characteristic and dynamic characteristic of the system.目录第一章绪论1.11.2之间转矩控制技术发展状况以及研究1.2.1直接转矩控制技术的发展1.2.2直接转矩控制（DTC）1.2.3直接转矩额定特点1.2.4直接转矩控制技术热门研究1.2.5定子电阻辨识和磁链补偿1.2.6低速转矩脉动大和开关频率不固定的研究第二章感应电机数学模型及其原理2.1异步电机在两相任意旋转坐标系上的数学模型2.1.1变换关系2.1.2变换过程2.1.3转矩和运动方程α，上地数学2.1.4异步电机在β2.1.5异步电机在两相同步旋转坐标系上的数学模型2.1.6两相静止坐标系下的异步电动机方程第三章传统直接转矩控制的仿真3.1异步电动机数学仿真模型的建立3.2六边形磁链轨迹直接转矩控制系统仿真3.2.1仿真模块的建立3.2.2开环仿真3.2.3闭环仿真3.3.1仿真模块的建立3.3.2仿真结果与分析3.4全速范围内直接转矩控制系统仿真研究3.4.2仿真结果结论后记参考文献第1章绪论随着现代化的工厂、企业的自动化，微电子技术以及集成化程度的逐步上升，高速微处理器的应用日益普及。
目前电气传动设备能够实现良好的速度控制精度和高稳态精度等比较优秀的性能。
电气传动往大多都已以电动机作为它的控制对象，采用电力电子功率变换装置来做为它的执行部分，以此来作为自动控制系统。
因此交流伺服系统所拥有的市场相当的广阔，而且其研究也具有非凡的意义，相信不久之后，它将在现代工业上崭露头角，广泛应用。
变频调速系统是工业自动化必不可少的基础技术。
感应电机其价格低、高性高、容量大的特点，使其在工业，企业中都具有相当广阔的发展空间。
感应电机不仅在变频调速系统中应用非常广泛，而且在伺服运用控制系统中也占相当大的比例。
1.1直接转矩控制技术发展状况以及研究1.1.1直接转矩控制技术的发展20 世纪80 年代之前，由于直流电机调速性能非常优异，控制起来也很简单、所以直流电机调速在调速领域长期坐拥着主导地位。
但是由于直流电机上存在电刷和机械换向器等一些硬件结构，导致其在转动惯量、单机容量等多方面受到了一定的程度的限制，使它不能满足向大型化，可靠性、快速性等方面提高的目的，严重的限制了它的应用范围。
与直流电机相对比，交流电机就拥有了很多非常明显的优点。
比如它的结构简单、制造成本很低、运行比较可靠和能够在恶劣工况下工作，在一定的工业领域同时也拥有相应的广泛应用。
但是异步电机本身是高阶、强藕合、非线性、多变量的一种复杂系统，想要实现其控制则有一定的难度。
异步电机的控制技术中，具有一定代表性的有两种：矢量控制技术跟直接转矩控制技术。
它们的控制性能比较优越，特别是直接转矩控制技术，由于它简单高效，因此在现代的交流电气传动领域中拥有了一席之地。
1.1.2直接转矩控制(DTC)由于矢量控制在实践上存在不足之处，1985年德国鲁尔大学DePenbrock教授发现直接控制异步电动机的电磁转矩和电机定子磁链，而删去电流闭环环节将能得到更好的动态性能。
特别是在大功率机车中，若定子磁链控制成六边形，则能减少功率管的切换次数，大大改善了电力电子器件的发热性能。
这种控制方法称为直接自控制(DirectSelf Control, DSC)。
定子磁链六边形方案虽然控制简单，但它使电机的电磁转矩脉动加大。
在大功率的牵引机车中，由于有很大的惯性，这中转矩脉动能被大惯量滤去，转速不会出现明显波动。
但是在中小功率系统中，这种转矩脉动会使转速波动到不允许的地步，因此希望定子磁链控制成圆形而不是六边形。
于是，1986年日本LTakahashi教授提出了定子磁链为圆形的异步电动机直接转矩控制方案。
定子磁链为圆形的异步电动机直接转矩控制常称为DTC(Direct Torque Control，直接转矩控制)。
不同于矢量控制，直接转矩控制克服了矢量控制中计算复杂、受电动机参数的影响、实际性能不佳等缺点。
因此，直接转矩一诞生，便受到了普遍的关注，并得到了迅速的发展1.1.3直接转矩的特点直接转矩控制的变频调速系统，可以使电机的磁场接近于圆形，谐波小，损耗低，噪声及温升均比一般逆变器驱动的电机要小得多。
直接转矩控制系统具有如下特点:(1)直接转矩控制直接在定子坐标系下来分析交流电动机的模型，直接控制电动机的磁链和转矩。
省去了复杂的坐标变换和计算，信号处理工作比较简单。
(2)采用定子磁链定向，只需知道定子电阻便可以观测出定子磁链。
而矢量控制采用转子磁链定向，磁链的观测需要依据数值会发生变化的转子侧电阻。
所以直接转矩控制减少了矢量控制中对电动机转子电阻的依赖性。
(3)直接转矩控制引入了空间矢量的概念，使得交流电动机数学模型的分析过程变得简单明了。
(4)直接转矩控制不是通过控制电流、磁链来间接控制转矩的，而是直接将转矩作为控制量，因此控制效果不取决于电动机的数学模型是否得到简化，而是取决于转矩的实际情况，1.2.2直接转矩的基本思想直接转矩控制将电动机与逆变器视为一个整体，通过空间矢量和定子磁链定向的分析方法，在定子坐标下观察分析电机的数学模型，直接计算与控制电机的转矩，借助于离散的两点式调节器((Band-Band控制]12[，比较检测转矩值和指令转矩值的大小，产生PWM脉宽调制信号，对逆变器的开关状态进行最佳控制，从而获得较高的动态该控制即直接又简单。
性能。
它省略了矢量变换方式的坐标变换及电动机数学模型的简化过程，控制结构简单、控制信号处理的物理概念明确、系统的转矩响应迅速且无超调。
因此它是一种具有高静、动态性能的交流调速控制方式。
直接转矩控制具有结构简单、转矩响应快以及对参数鲁棒性好等优点，但它却是建立在单一矢量、转矩和磁链滞环的Bang-Bang控制基础之上的控制方法，不可避免地造成了低速下开关频率低、开关频率不固定以及转矩脉动大等问题，限制了直接转矩控制在低速区的应用。
直接转矩控制控制技术简称DTC，是新型的，具有高性能的交流调速技术。
它是继矢量控制技术发展起来的。
它通过利用定子磁场定向、空间矢量的分析，在定子交流直流坐标系下，直接分析电机的数学模型，计算出定子磁链跟转矩值，把转矩的命令值和估算值，磁链指令值和估算值进行差值比较，限制输出转矩跟定子磁链的波动在允许的误差范围内。
与矢量控制技术不同，直接转矩控制技术有着其自身的相关特点。
1985年，直接转矩控制理论由德国鲁尔大DePenbrock教授第一次提出。
过了两年，就把它推广到了弱磁调速范围。
直接转矩控制理论的提出很快就受到了众多学者的普遍关注。
在不同的年代，调速技术也得到了一些较快发展:0~70年代：以控制直流电机与晶闸管(SCR)直流供电作为调速执行部件，直流调速系统占据了一定的主导地位。
80年代：伴随着电子器件GTR、GTO等的发展，以 VVVF 为基本控制方式，交流异步电动变频调速开始其发展路程。
90年代: 电力电子器件IGBT，IGCT 等数字化技术得到了利用和开发，其中特别是矢量控制技术的发展，让变频器的应用发展达到了质的飞跃。