直接转矩控制

课程设计(论文)

题目名称异步电动机直接转矩控制系统仿真

课程名称运动控制系统

学生姓名曾斌

学号0841229082

系、专业电气工程、电气

指导教师林立

2011年7月4号

邵阳学院课程设计（论文）任务书

注：1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；

2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。

指导教师（签字）：学生（签字）：

邵阳学院课程设计（论文）评阅表

学生姓名曾斌学号0841229082

系电气工程系专业班级电气一班

题目名称三相异步电动机直接转矩控制课程名称运动控制系统

一、学生自我总结

二、指导教师评定

注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；

2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。

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。在运动控制系统中，直接转矩控制作为一种新型的交流调速技术，其控制思想新颖、控制结构简单、控制手段直接、转矩响应迅速，正在运动控制领域中发挥着巨大的作用。

本文分析异步电动机数学模型的基础上,提出了一种基于MATLAB/SIMULINK的交流电机直接转矩控制系统的仿真模型.通过搭建独立的功能模块和模块的有机整合, 得到一个完整的异步电动机控制系统的仿真模型在仿真模型中,定子磁链控制器电磁转矩控制器均采用双电平方式, 仿真结果证明了该方案的合理性和有效性。

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

目录

摘要..............................................................................I 1直接转矩控制系统概述. (1)

2 直接转矩控制的理论基础 (3)

2.1基本思想 (3)

2.2定子电压分析 (3)

2.3 电压空间矢量对定子磁链的影响 (5)

2.4电压空间矢量对定子电磁转矩的影响 (6)

3直接转矩控制系统的建模与仿真 (7)

3.1仿真模型的建立 (7)

3.2仿真模块的分析 (8)

3.2.1转速控制器 (8)

3.2.2直接转矩DTC模块 (9)

3.2.3转矩和定子磁链计算模块 (10)

3.2.4磁通和转矩制环控制器 (11)

3.2.5磁链选择器 (11)

3.2.6开关表 (12)

3.2.7开关控制模块 (12)

4仿真结果及其分析 (14)

5总结 (16)

参考文献 (17)

附录I (18)

1 直接转矩控制系统概述

直接转矩控制技术是在上世纪80年代中期继矢量控制变换技术之后发展起来的一种异步电动机调速技术，直接转矩控制变频调速系统。

直接转矩控制思想于1977年ABPiunkett在IEEE杂志上首先提出，1985年由德国鲁尔大学的德彭布罗克（Depenbrock）教授首先取得了实际应用的成功。

接着1987年把它推广到弱磁调速范围。不同与矢量控制技术，直接转矩控制有着自己的特点，它在很大程度上解决了矢量控制中计算复杂、特性易受电动机参数变化的影响、实际性能难以达到理论分析结果的一些重要技术问题。直接转矩控制技术一诞生，就以自己新颖的控制思想，简洁明了的系统结构，优良的静、动态性能受到了普遍的关注并得到了迅速的发展。实际应用表明，采用直接转矩控制的异步电动机调速系统，电机磁场接近圆形，谐波小，损耗低，噪声及温升均比一般逆变器驱动的电机小得多。直接转矩控制系统的主要特点有：

(1)直接转矩控制是直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机与直流电动机进行比较、等效、转化；即不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学摸型，它省掉了矢量旋转变换等复杂的变化与计算。因此，它所需要的信号处理工作比较简单，所用的控制信号易于观察者对交流电动机的物理过程作出直接和明确的判断。

(2)直接转矩控制的磁场定向采用的是定子磁链轴，只要知道定子电阻就可以把它观测出来。而矢量控制的磁场定向所用的转子磁链轴，观测转子磁链需要知道电动机转子电阻和电感。因此，直接转矩控制大大减少了矢量控制技术中控制性能易受参数变化影响的问题。

(3)直接转矩控制采用空间矢量的概念来分析三相交流电动机的数学模型和控制各物理量，使问题变得简单明了。

(4)直接转矩控制强调的是转矩的直接控制效果。与著名的矢量控制的方法不同直接控制转矩步是通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量进行控制，强调的是转矩的直接控制效果。其控制方式是，通过转矩两点调节器把转矩检测值与转矩给定值作滞环比较，把转矩波动限制在一定的容差范围内，容差的大小由频率调节器来控制。因此，它的控制效果不取决于电动机的数学模型是否能

够简化，而是取决于转矩的实际状况。它的控制即直接又简单。对转矩的这种直接控制方式也称之为“直接自控制”。这种“直接自控制”的思想不仅用于转矩控制也用于磁链量的控制，但以转矩为中心来进行综合控制。

综上所述，直接转矩控制技术，用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系下计算与控制交流电动机的转矩，采用定子磁场定向，借助于离散的两点式（Bang-Bang 控制）产生PWM信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。它省掉了复杂的矢量变换运算与电动机数学模型的简化处理过程，控制结构简单，控制手段直接，信号处理的物理概念明确。该控制系统的转矩响应迅速，限制在一拍以内，且无超调，是一种具有较高动态响应的交流调速技术。