三相异步电机直接转矩控制系统(DTC)仿真教学提纲

1、三相异步电机直接转矩控制系统( DTC) 仿真精品文档1 设计总体思路1.1 主电路的设计直接转矩控制系统简称DTC(Direct torque control) 系统，是继矢量控制系统之后发展起来的另一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统。在他的转速环里面，利用转矩反馈直接控制电动机的电磁转矩，因而得名。直接转矩控制系统的基本思想是根据定子磁链幅值偏差s 的正负符号和电磁转矩偏差Te 的正负符号，再根据当前定子磁链的矢量s 所在的位置，直接选取合适的电压空间矢量，减小定子磁链幅值的偏差和电磁转矩的偏差，实现电磁转矩与定子磁链的控制。系统主电路如图 1.1 所示，由三相不控桥、交流母线、三

2、相逆变器和异步电机组成， 2812DSP的脉冲信号控制全控器件的导通。VD2VD3V1V3V5CMVD4VD5VD6V4V6V2隔离驱动电路PW1 PW2 PW3 PW4 PW5 PW62812 DSPFBS图 1.1 系统主电路图1.2 基本原理直接转矩控制系统的原理结构如图1.2 示，途中的 AR 和 ATR 分别为定子磁链调节器和转矩调节器，两者均采用带有滞环的双位式控制器，他们的输出分别为定子磁链幅值偏差s 的符号函数 sgn(s )和电磁转矩偏差 Te 的符号函数 sgn( Te )，如图 1.2收集于网络，如有侵权请联系管理员删除精品文档所示。图中，定子磁链给定 *s 与实际转速

3、有关，在额定转速以下， Te 保持恒定，在额定转速以上， *s 随着 的增加而减小。 P/N 为给定转矩极性鉴别器，当渴望的电磁转矩为正时， P/N=1，当渴望的电磁转矩为负时， P/N=0，对于不同的电磁转矩期望值，同样符号函数 sgn( Te )的控制效果是不同的。*Sgn(s )ssAR- s*Te*P/Nsgn(Te)*ASRsgn(Te )ATR- Te转isi ss矩s计sSA电压PWMSB控制M矢量选择 SCisi A定i Bis3/2uA子us变磁suBu换链FBS图 1.2 制系统原理结构图sgn( Te )sgn(s )10Tes图 1.2 带有滞环的双位式控制器当渴望的电

4、磁转矩为正，即P/N=1 时，若电磁转矩偏差Te =Te* - Te >0，其符号函数sgn( Te )=1，应使定子磁场正向旋转，使实际转矩Te 加大；若电磁转矩偏差Te = Te* - Te<0，sgn( Te )=0,一般采用定子磁场停止转动，使电磁转矩减小。当期望的电磁转矩为负，即 P/N=0 时，若电磁转矩偏差Te = Te* - Te <0，其符号函数 sgn( Te )=0，应使定子磁场反向旋转，使时机电磁转矩 Te 方向增大；若电磁转矩偏差Te = Te* - Te >0，sgn( Te )=1，一般采用定子磁场停止转动，使电磁转矩反向减小。收集于网络，

5、如有侵权请联系管理员删除精品文档2 单元电路设计2.1 直接转矩控制系统模型DTC Induction Motor Drive图 2.1 直接转矩控制系统图标三相异步电动机直接转矩控制系统模块图标如图 2.1 所示，仿真模型如图 2.2 所示。该模块由 7 个主要模块组成：三相不可控整流器（ three-phase diode rectifier）、 Braking chaopper、三相逆变器（ three-phase inverter）、测量单元（ Measures）、异步电动机模块（ Induction machine）、直接转矩控制模块 DTC 。直接转矩控制系统采用 6 个开关器件组

6、成的桥式三相逆变器（ Three-phase inverter），该逆变器有 8 种开关状态，可以得到 6 个互差 60 度的电压空间矢量和两个零矢量。交流电动机定子磁链s收到电压空间矢量us控制，susdt ，因此改变逆变器开关状态可以控制定子磁链s 的运行轨迹（磁链的幅值和旋转速度），从而控制电动机的运行。收集于网络，如有侵权请联系管理员删除精品文档2.2 直接转矩控制系统模型结构2.2 转速控制器如图 2.3所示，转速给定 N* 经过加减速限制环节，使阶跃输入时实际转速给定有一定的上升和下降，转速反馈N经过了低通滤波器，得到转速偏差（N* -N ）。 Proportionalgain、I

7、ntegral gain 和 discrete模块组成带限幅的离散PI 调节器，调节输出经过了选择开关，根据对话框中设定的转矩或转速控制方式决定转速控制的输出。加减速斜率、PI 调节器比例和积分系数、低通滤波器截止频率等参数都在对话框中设定。图 2.3 转速控制器 Speed Controller结构收集于网络，如有侵权请联系管理员删除精品文档2.3 直接转矩控制器直接转矩控制模块由转矩给定Torque* 、磁通给定 Flux * ，电流 I_abc 和电压 V_abc输入信号都经过采样开关，DTC 模块包括转矩和磁通计算（Torque&Fluxcalculator）、滞环控制 (Fl

8、ux&Torque hystere-sis)、磁通选择 (Flux sector seeker)、开关表(Switching table)、开关控制 (Switching control) 等单元。 DTC 模块是输出三相逆变器图 2.4 直接转矩控制模块结构2.4 转矩和定子磁链的计算转矩和定子磁链计算（ Torque&Flux calculator ）单元结构如图2.5 所示，它首先检测到异步电机三相电压V-AB 经模块 dq-transform 和 dq-transform 变换，得到二相坐标系上的电压和电流， dq-transform 和 dq-transform 变换

9、模块结构如 2.6 所示。定子磁链的模拟和离散计算公式为s(usRsis)dt（2-1）（2-2）(usRsiKTs (z1)s)1)式中 , us 和 i 为 2( z二相坐标系上定子电压和电流， K 为积分系数， Ts 为采样时间。磁链计算采用离散梯形积分，模块phi-d 和 phi-q 分别输出定子磁链的 和 轴分量 s和 s， s和 s经 Real-Imag to Complex 模块得到复数形式表示的定子磁链 s，并由 Complex to Magnitude-Angle 计算定子磁链 s 的幅值和转角。电动机转矩计算公式为Te3 p(s iss i s )（ 2-3）2收集于网络，

10、如有侵权请联系管理员删除精品文档图 2.5 转矩和定子磁链计算单元结构图图 2.6 dq-V-transform 和 dq-I-tranform 变换模块图2.5 磁通和转矩滞环控制器电动机的转矩和磁疗都采用滞环控制，磁通和转矩滞环控制器（Flux&Torquehystore-sis）结构如图 2-7 所示。转矩控制是三位滞环控制方式，在转矩滞环宽度设为dT e 时，当转矩偏差*dTe*dTedTedTe(TeTe )2和 (Te Te )2时，滞环模块 2和2分别输出状态 1 和 3，滞环模块 dTe 和dTe 分别输出为 0 时，经或非门 NOR 输出状态 2，22磁链控制是二位滞

11、环控制方式，在磁链滞环宽度设为d时，当磁链偏差(Te*Te )dTe 和 (Te*Te )dTe时，模块 dPhi 分别输出状态 “ 1和”“ 2。”22收集于网络，如有侵权请联系管理员删除精品文档图 2.7 磁通和滞环控制器2.6 磁链选择器图 2.8 磁链选择器模块输入是磁链计算模块输出的磁链位置角 angle 通过比较和逻辑运算输出磁链所在偏号。2.7 开关表图 2.9 Magnetisation模块开关表 2.10 用于得到三相逆变器6 个开关期间的通断状态，开关表中，Magnetisation 模块结构如图 2.9 所示，其作用是将磁链反馈与设定值比较，当反馈值大于设定值时， S-R

12、-flip-flop 触发器 Q 端输出 1，当反馈值小于设定值时，触发断输出0，从而控制电机起动时逆变器和转速调节器工作状态，使电动机起动时产生初始磁通。收集于网络，如有侵权请联系管理员删除精品文档图 2.10 开关表2.8 开关控制模块开关控制模块如图2.11 所示，包括三个 D 触发器（ D Flip-Flop ），目地是限制逆变器开关的切换频率，并且确保逆变器每相上下两个开关处于相反的工作状态，开关的切换频率可以在模块对话框中设置。收集于网络，如有侵权请联系管理员删除精品文档图 2.11 开关控制模块3 实验仿真、实验波形记录及分析异步电机直接转矩控制仿真图形如图3.1 所示，系统由三

13、相交流电源、直接转矩系统模块和检测单元等模块组成。三相电源线电压360V、60HZ，电源内阻 0.02，电感 0.05mL。电动机参数： 149kW、460V、 60HZ，图 3.2 是电动机和控制器参数页，系统有转速（ speed reference）和转矩（ Torque reference）两项输入，在调速的同时负载转矩也在变化。转速和转矩给定使用离散控制模型库中的timer 模块， speed reference收集于网络，如有侵权请联系管理员删除精品文档设定值为： t=0、1s 时转速分别为 500、 0r/min。 Torque reference设定值为： t=0、0.5、 1.5s 时转速分别为 0、792、-792N*m 。模型采用混合步长的离散算法，基本采样时间Ts=0.2us，转速调节器采样时间为 1.4us，仿真波形如图 3-3 所示。图 3.1 转矩控制系统仿真模型从仿真波形可以看到在t=0 时，转速按设定的上升率（900r/min）平稳升高，在起动 0.6s 时达到设定的转速500r/min。在 00.5s范围内电动机是空载起动，电动机为200A；0.5s 时加载 792T*m ，电流上升到 400A，加载时电磁转矩瞬间达到1200N*m ，但是在控制系统控制下，加载对转速的上升