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异步电机直接转矩控制系统研究

作　者: 崔秀亮
导　师: 刘凤春
学　校: 大连理工大学
专　业: 电工理论与新技术
关键词: 直接转矩控制 定子磁链观测 截止频率 低通滤波器 数字处理器
分类号: TM343
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 347次
引　用: 1次
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内容摘要


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高性能的交流电机变频调速技术。直接转矩控制技术采用空间矢量的控制方法,以电机转矩为控制对象,直接在定子两相静止αβ坐标系下观测定子磁链和电磁转矩,再利用滞环控制器输出信号来选择合适的定子电压空间矢量,以达到控制定子磁链和电磁转矩的目的。基于直接转矩控制技术的异步电机调速系统具有控制结构简单,转矩响应迅速,对电机参数依赖程度低等优点。这种技术在国内外电力机车牵引领域等大功率场合已有了成功应用的实例。传统的直接转矩控制方案虽然控制结构简单,动态响应迅速,但由于采用基于纯积分器的电压模型定子磁链观测器,不可避免的直流扰动会导致纯积分器误差积累以致于积分饱和,从而导致观测精度下降,低速情况时,甚至出现错误的结果。为提高定子磁链观测精度,本文针对基于纯积分器的定子磁链观测模型以及传统的低通滤波器模型的局限性,提出了一种基于改进型低通滤波器的定子磁链观测器。在本文的改进型低通滤波器模型中,通过准确地观测定子电流角频率来确定异步电机的同步角频率,并根据异步电机同步角频率来确定低通滤波器的截止频率,使截止频率随定子电流角频率的变化而变化,从而得到更为合理的低通滤波器截止频率,以提高定子磁链观测精度。为验证基于上述磁链观测模型的异步电机直接转矩控制系统的正确性和有效性,本文在Matlab/Simulink环境下,对系统进行了仿真验证。仿真结果表明,本文设计的定子磁链观测模型能准确有效的估算异步电机的定子磁链,并具有较强的抗干扰能力,良好低速性能和动态响应特性。本文以德州仪器(TI)公司生产的电机控制专用芯片TMS320LF2812A型数字处理器为核心,以高性能的智能功率模块(IPM)为逆变器,以5.5kW异步电动机为控制对象,搭建了异步电机直接转矩控制系统的硬件试验平台,实现了异步电机直接转矩控制变频调速系统的数字化控制。全文最后总结了系统的不足之处,并对下一步的研究工作提出了作者的建议。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-18
  1.1 课题的研究背景及意义  9-10
  1.2 交流调速控制技术的现状及发展前景  10-17
    1.2.1 交流调速相关技术的发展现状  10-11
    1.2.2 基于动态模型的控制策略  11-12
    1.2.3 直接转矩控制技术的现状  12-15
    1.2.4 异步电机直接转矩控制技术的特点  15-16
    1.2.5 直接转矩控制技术的发展趋势  16-17
  1.3 论文研究的主要内容和结构安排  17-18
2 异步电机直接转矩控制原理  18-37
  2.1 三相静止ABC坐标系到两相静止αβ坐标系的变换  18-19
  2.2 异步电机在两相静止αβ坐标系上的数学模型  19-21
  2.3 异步电机直接转矩控制原理  21-28
    2.3.1 电压型逆变器数学模型  21-22
    2.3.2 异步电机的直接转矩控制原理  22-26
    2.3.3 基于Bang-Bang控制器的直接转矩控制系统  26-27
    2.3.4 基于PI控制器的直接转矩控制系统  27-28
  2.4 异步电机直接转矩起动方案  28-31
    2.4.1 串行起动  28-29
    2.4.2 并行起动  29
    2.4.3 混合起动  29-31
  2.5 基于模糊PI控制器的转速调节器  31-36
    2.5.1 模糊自适应PI控制器  31
    2.5.2 模糊自适应PI的控制原理  31-33
    2.5.3 建立控制规则表  33-35
    2.5.4 模糊推理和去模糊化  35-36
  2.6 本章小结  36-37
3 定子磁链估计方法研究  37-46
  3.1 基于U-I积分法的估算方案  37-39
    3.1.1 积分初值对积分结果的影响  37-38
    3.1.2 直流偏移对积分结果的影响  38-39
  3.2 基于传统低通滤波器的估算方案  39-40
  3.3 基于改进型低通滤波器的估算方案  40-45
    3.3.1 截止频率固定的改进型低通滤波器  40-42
    3.3.2 非线性跟踪-微分器  42-44
    3.3.3 频率可调的改进型低通滤波器  44-45
  3.4 本章小结  45-46
4 直接转矩控制系统仿真实验  46-55
  4.1 异步电机直接转矩控制系统整体框图  46-49
  4.2 异步电机直接转矩控制系统仿真波形  49-52
  4.3 直接转矩控制用于电梯调速系统的仿真研究  52-54
  4.4 本章小结  54-55
5 异步电机直接转矩控制系统的数字实现  55-66
  5.1 异步电机直接转矩控制系统硬件平台  55-63
    5.1.1 系统主电路  55-56
    5.1.2 系统控制和保护电路  56-63
  5.2 系统软件设计  63-65
  5.3 本章小结  65-66
总结与展望  66-67
参考文献  67-70
附录A样机图片  70-71
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  71-72
致谢  72-74

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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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