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异步电动机直接转矩控制研究

作 者: 王徐颖
导 师: 龚民
学 校: 沈阳理工大学
专 业: 机械电子工程
关键词: 直接转矩控制 异步电动机 Matlab/Simulink TMS320F2812
分类号: TM343
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要


直接转矩控制系统具有宽调速范围、高稳速精度、快动态响应控制等优点,是交流调速领域中一种新颖的控制算法。直接转矩控制技术采用空间矢量分析的方法,直接在定子坐标系下计算并控制交流电动机的转矩和磁链,计算所得的转矩和磁链分别与给定值进行施密特调节产生脉冲信号,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。本文从异步机数学模型出发,系统阐述了异步机直接转矩控制基本理论,详细分析了空间电压矢量与定子磁链、电动机转矩的关系。针对异步机的特点,分析讨论了空间矢量调制的直接转矩控制及实现方法,包括参考矢量的生成及空间电压矢量调制的方法。建立了基于Matlab/Simulink的异步机直接转矩控制的数学模型,针对异步机直接转矩控制系统的各个模块进行了较为详细的仿真分析,仿真结果表明直接转矩控制系统的转矩和转速响应迅速,充分体现了直接转矩控制响应快的优点,验证了该方案在理论上的可行性。为了验证在实际应用中直接转矩控制在异步机中的可行性,本文对直接转矩控制进行了实验研究。系统硬件上采用数字信号处理器(DSP)作为控制器,使用集成度高的智能功率模块作为逆变环节,电流和电压检测分别采用耀华电流传感器和LEM电压传感器,提高了系统采样精度。基于TMS320F2812异步机直接转矩控制软件采用C语言编程实现,程序包括AD采样、磁链转矩计算、滞环比较、磁链区间判断以及PWM波形产生等。最后在搭建的平台上对所编写的程序进行了调试。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-12
第一章 绪论  12-21
  1.1 交流调速系统  12-15
    1.1.1 电力电子技术的发展  12-13
    1.1.2 微机数字处理器的发展  13-14
    1.1.3 交流调速控制理论的发展  14-15
  1.2 直接转矩控制技术  15-16
    1.2.1 直接转矩控制技术的特点  15-16
    1.2.2 直接转矩控制技术的现状  16
  1.3 数字信号处理器DSP  16-19
    1.3.1 DSP 的发展  17
    1.3.2 TI 公司的DSP  17-18
    1.3.3 DSP 处理器的选择  18-19
  1.4 课题背景与意义  19
  1.5 本文的主要内容  19-21
第二章 异步电动机直接转矩控制  21-37
  2.1 异步电动机的数学模型  21-27
    2.1.1 异步电动机的基本工作原理  21-23
    2.1.2 变压器的原理介绍  23-24
    2.1.3 异步电动机数学模型的建立  24-27
  2.2 逆变器的数学模型  27-28
  2.3 电压空间矢量对电机参数的影响  28-31
    2.3.1 电压空间矢量的产生  28-29
    2.3.2 电压空间矢量和定子磁链的关系  29-30
    2.3.3 空间电压矢量和电动机转矩的关系  30-31
  2.4 直接转矩控制基本理论  31-35
    2.4.1 直接转矩控制系统中定子磁链计算与扇区计算  32-33
    2.4.2 直接转矩控制系统中转矩计算  33
    2.4.3 直接转矩控制系统中磁链调节器  33-34
    2.4.4 直接转矩控制系统中转矩调节器  34-35
  2.5 本章小结  35-37
第三章 异步电动机直接转矩控制仿真  37-51
  3.1 仿真软件MATLAB/Simulink 简介  37
  3.2 直接转矩控制系统的仿真组成  37-44
    3.2.1 三相异步电动机的仿真模型  38-40
    3.2.2 逆变器的仿真模型  40
    3.2.3 转速PI 调节的仿真模型  40-41
    3.2.4 转矩、磁链调节器的仿真模型  41
    3.2.5 扇区判断和开关选择S 函数的编写  41-44
  3.3 异步电动机直接转矩控制系统的仿真结果  44-50
  3.4 本章小结  50-51
第四章 异步电动机控制系统硬件设计  51-70
  4.1 硬件系统整体设计  51-52
  4.2 主电路硬件设计  52-60
    4.2.1 整流滤波电路和限流电路  52-54
    4.2.2 IPM 模块的选择  54-56
    4.2.3 IPM 模块外围电路的设计  56-60
  4.3 DSP 功能简介与电路设计  60-65
    4.3.1 数字信号处理器DSP 简介  60-64
    4.3.2 DSP 系统设计  64-65
  4.4 检测信号调理电路设计  65-69
    4.4.1 电流检测电路  65-66
    4.4.2 直流母线电压检测电路  66-67
    4.4.3 过电流过电压保护电路  67-68
    4.4.4 电机转速检测电路  68-69
  4.5 本章小结  69-70
第五章 异步电动机控制系统软件设计  70-85
  5.1 DSP 软件设计概述  70-71
    5.1.1 集成开发环境CC52.2 简介  70-71
    5.1.2 DSP 软件设计的编程语言  71
  5.2 SPWM 程序的设计  71-76
    5.2.1 SPWM 控制原理  72
    5.2.2 SPWM 波形的实现  72-74
    5.2.3 SPWM 算法实现  74-76
  5.3 直接转矩控制算法程序设计  76-84
    5.3.1 系统主程序设计  77-78
    5.3.2 中断处理程序设计  78-79
    5.3.3 AD 采样程序设计  79-81
    5.3.4 测速程序设计  81-82
    5.3.5 速度PI 调节器设计  82-84
  5.4 本章小结  84-85
结论  85-87
参考文献  87-90
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果  90-91
致谢  91-92

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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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