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直接转矩控制中转矩脉动最小化研究

作　者: 李建坤
导　师: 何建平
学　校: 西华大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 直接转矩控制 转矩脉动 十二区间控制 圆形磁链 恒定开关频率控制器 TMS320F28335DSP 浮点运算
分类号: TM921.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 67次
引　用: 1次
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内容摘要


直接转矩控制（简称DTC）以其优良的动静态性能，成为当前变频器市场发展的主流。国外目前在直接转矩控制变频器的研制方面已经趋于成熟，而国内还处于起步阶段，未见其成熟产品。另外，传统直接转矩控制由于低速时转矩脉动过大、电流畸变严重以及开关频率变化快等问题，制约了它的发展。针对这些，本文开展工作如下：（1）阐述了异步电动机的数学模型和逆变器的控制原理，分析了圆形磁链DTC系统的控制结构，详细论述了圆形磁链DTC方法的磁链和转矩控制原理以及开关矢量的选择。（2）分析了产生转矩脉动的原因和危害，在传统六区间DTC的基础上从两方面对系统进行了改进：一方面将传统六区间圆形磁链细分为十二区间并得出了开关矢量表；另一方面使用N.R.N Idris提出的恒定开关频率控制器以取代传统转矩滞环比较器，建立了恒定开关频率十二区间DTC的仿真模型。分别对高速、低速时的六区间DTC和恒频十二区间DTC进行了仿真对比实验。仿真结果表明其磁链轨为圆形，与传统六区间DTC相比能有效改善定子电流畸变，减小转矩脉动。（3）根据仿真方法和结果，设计了整个系统硬件电路，其中主功率电路沿用清华大学电机实验平台的主功率板，控制电路采用新型DSP浮点芯片TMS320F28335作为控制核心，重新设计了采样和信号调理电路，通过带电调试证实了电路设计的合理性。（4）论文介绍了控制系统软件流程和各个模块的程序实现，软件采用C语言编程，在CCS3.3环境下实现了电流、电压采样，转速检测，磁链和转矩的计算及调节，开关信号的输出等功能。对硬件和软件进行了联合调试，实现了电机的变频调速控制，电机运行参数正常，达到了预期控制效果。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-13
  1.1 研究背景与研究意义  8-9
  1.2 变频器控制领域的进展  9-10
  1.3 直接转矩控制研究进展  10-12
  1.4 本文的主要工作  12-13
2 直接转矩控制原理  13-27
  2.1 异步电动机的数学模型  13-14
  2.2 逆变器开关状态和定子电压空间矢量  14-16
    2.2.1 逆变器开关状态  14-15
    2.2.2 定子电压空间矢量  15-16
  2.3 DTC 的基本结构  16-27
    2.3.1 定子磁链模型  17-20
    2.3.2 磁链控制原理与磁链调节器  20-22
    2.3.3 转矩控制原理与转矩调节器  22-24
    2.3.4 电压空间矢量的正确选择  24-27
3 直接转矩控制转矩脉动最小化研究  27-45
  3.1 直接转矩控制转矩脉动分析  27-28
  3.2 十二区间直接转矩控制  28-31
    3.2.1 传统直接转矩控制电压矢量选择方法的缺陷  28-29
    3.2.2 十二区间电压矢量的选择  29-31
  3.3 恒定开关频率控制器  31-35
    3.3.1 控制器的结构  31-34
    3.3.2 控制器参数的确定  34-35
  3.4 系统仿真与结果分析  35-45
    3.4.1 仿真模型的建立  35-37
    3.4.2 仿真结果及分析  37-45
4 变频调速系统硬件设计  45-58
  4.1 系统总体结构概述  45-46
  4.2 主电路设计  46-49
    4.2.1 系统主功率电路  46-47
    4.2.2 开关电源电路  47-49
  4.3 控制电路介绍  49-50
  4.4 采样和信号调理电路设计  50-55
    4.4.1 三相电流采样和保护电路  50-52
    4.4.2 电压采样电路设计  52
    4.4.3 转速测量采样电路  52-53
    4.4.4 保护和信号调理电路  53-55
  4.5 相关电路设计  55-57
    4.5.1 上电保护电路  55-56
    4.5.2 显示电路  56-57
  4.6 硬件设计注意事项  57-58
5 软件设计与硬件调试  58-74
  5.1 DSP 软件设计概述  58
  5.2 程序的主要结构  58-60
    5.2.1 主程序的设计  58-59
    5.2.2 中断服务子程序设计  59-60
  5.3 各部分程序实现  60-67
    5.3.1 DSP 浮点库的使用  60-61
    5.3.2 电压电流采样  61-63
    5.3.3 速度和位置检测  63-64
    5.3.4 速度 PI 控制器的实现  64-66
    5.3.5 设置 PWM 寄存器  66-67
  5.4 实验条件与系统调试  67-70
  5.5 调试结果与分析  70-74
6 总结及展望  74-75
参考文献  75-79
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果  79-80
致谢  80-81

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电气化、电能应用 > 电力拖动（电气传动） > 控制系统 > 变频控制系统
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