异步电动机直接转矩控制系统仿真

1、.word.zl. 现代电力传动及其自动化 课程作业.word.zl. 异步电动机直接转矩控制系统仿真 1、直接转矩控制系统的根本思想 直接转矩控制系统简称 DTC DTC ( ( Direct Torque Control) Direct Torque Control) 系统，在它的转速环里面，利 用转矩反应直接控制电机的电磁转矩， 因而得名。 直接转矩控制是标量控制。 它借助于逆变 器提供的电压空间矢量，直接对异步电动机的转矩和定子磁链进展二位控制，也称为砰 - -砰 ban gban g- -ba ngba ng控制。 三相异步电动机电磁转矩表达式为 : :.word.zl. Te Km

2、(屮 s(t)屮 r(t) Km s rSin (t) (1.1)(1.1) S、 r分别为定子、转子磁链的模值， 为定子、转子磁链之间的夹角， 称为磁通角。 对式1.11.1分析，电磁转矩决定于定子磁链和转子磁链的矢量积，即决定于两种幅值 和其间的空间电角度。假设 s、 r是常数，改变转矩角可改变转矩。而且 W r的变化总是 滞后于Ws的变化。但是在动态过程中，由于控制的响应时间比转子的时间常数小得多，在 短暂的过程中，就可以认为 Wr不变。可见只要通过控制保持 Ws的幅值不变，就可以通过 调节转矩角来改变和控制电磁转矩，这是直接转矩控制的根本原理。 在定子两相静止坐标系下， 根据磁链给定值

3、与异步电机的实际磁链观测值相比拟得到磁 链误差，进而确定磁链的调节方向， 根据给定的电磁转矩值与异步电机的实际电磁转矩观测 值相比拟得到转矩误差，进而确定转矩的调节方向，然后根据定子磁链信号、转矩信号以及 定子磁链所在位置确定选择适宜的电压空间矢量，从而确定三相电压源逆变器的开关状态， 使异步电机的电磁转矩快速跟踪外部给定的电磁转矩值。 图 1.11.1 直接转矩控制系统原理图 .word.zl. 由图 1.11.1 得直接转矩控制系统仿真构造框图，如图 1.21.2 所示。.word.zl. 图 1.21.2 直接转矩控制系统仿真构造框图 2、单元模块说明 2.1定子电压与定子电流的三二变换

4、 三相/ /两相变换矩阵如式2.12.1，其仿真构造框图如图 2.12.1 所示。 .word.zl. 2.2磁链估算模型 经计算得定子磁链计算公式为 2.22.22.32.32.42.4，构造框图如图 2.22.2、2.32.3 所示。 (Us Rsis )dt2.22.2 (us Rsis )dt 2.32.3 图2.22.2定子磁链模型的构造框图 2.42.4图 2.12.1 三相/ /两相变换矩阵仿真构造框图 s s s2 Llfltti F ui ncti or I .word.zl. 图 2.32.3 定子磁链幅值计算模型 2.3转矩估算模型 静止两相坐标系下的电磁转矩表达式为 2

5、.52.5，仿真构造框图如图 2.42.4 所示。 2.4磁链给定值的控制 仿真中参加了一个 S S 函数，其输入是转速的给定值，而其输出那么是磁链的给定值，当 转速给定值在- -34003400 到34003400 之间时，磁链给定值为 1.21.2，当转速给定值为其他值时，根据函数 给出相应的磁链给定值。 - -3400 3400 n 340034003400 1.2(8000 n*) 4600 n - -34003400 使得电机能够 Te np(is s i s s ) 2.52.5 图 2.42.4 转矩模型的构造框图 .word.zl. 起系统振荡，为防止产生超调，提高转速调节器的

6、性能可采用积分别离式 其数学模型如下： u(t) kpe(t) qki e(t)dt 其中q可以表示为: 其中，eo为需要参加积分作用时刻的速度给定值与实际反应值间的误差限定值。 PIPI 调节器。 e(t) eo e(t) eo 图 2.52.5 积分别离式控制器的仿真构造图 2.6磁链调节器 对磁链值进展两点式控制, 使之与给定值相比拟， 通过磁链调节器给出所希望的磁链调 节开关信号。 亠一 - J s + Q .word.zl. 2.7转矩调节器 转矩调节器选择用双滞环控制器， 对转矩进展三点式调节，其输入为 Te,输出值为转 矩控制信号- -1 1、0 0、1 1。 2.8扇区判断 对

7、磁链的计算不仅包括幅值，还包括相位角，使用相位角判断磁链所在的扇区， 并将结 果送到电压矢量选择查表模块。 360360。被划分成六个扇区 （1）、 （2）、 （3）、 （4）、 （5）、 （6），每个扇区宽度为 6060o o，本仿真中所采用的扇区划分方法如下，即：R&l 图 2.62.6 磁链两点式控制 flusg .word.zl. 从 坐标轴的角度来看此扇区分段图，整个坐标轴平面被分成了六等分: 当- -30 30 9=30=30。时，处于扇区 1 1 当 3030 伙=90=90。时，处于扇区 2 2 当 9090 伙=150=150。时，处于扇区 3 3 当 150 150

8、 赤=210210。时，处于扇区 4 4 图示如下: 0时，假 .3 3 位于扇区六 位于扇区一 位于扇区二 r V3 3 0时，假 Y 43 3 后 3 3 位于扇区三 位于扇区四 位于扇区五 .word.zl. 当 210 210 赤=270 270 时，处于扇区 5 5.word.zl. 当 270 270 赤=330330。时，处于扇区 6 6 以 坐标轴画出的圆形扇区分段图如下 ： 2.9逆变器开关电压选择 经过分析得如表 2.12.1 所示的开关信号选择表 表 2.12.1 开关信号选择表 定子磁链大小 输出转矩 扇区号 (1) (2) (3) (4) (5) (6) 增加 增加

9、U U2 U U3 U U4 U U5 U U6 U Ui 不变 U U7 U Uo U U7 U Uo U U7 U Uo 减小 U U6 U Ui U U2 U U3 U U4 U U5 减小 增加 U U3 U U4 U U5 U U6 U Ui U U2 不变 U Uo U U7 U Uo U U7 U Uo U U7 减小 U U5 U U6 U Ui U U2 U U3 U U4 与磁链调节器的输出 Q、转矩调节器的输出 TQ结合起来，开关状态表形成下面的表 格: 表 2.22.2 开关信号选择表二 磁链符号 Q 转矩符号 TQ 扇区号 (1) (2) (3) (4) (5) (6

10、) 1 1 1 1 U U2 U U3 U U4 U U5 U U6 U U1 o o U U7 U Uo U U7 U Uo U U7 U Uo .word.zl. - -1 1 U U6 U U1 U U2 U U3 U U4 U U5 .word.zl. 0 0 1 1 U U3 U U4 U U5 U U6 U U1 U U2 0 0 U Uo U U7 U Uo U U7 U Uo U U7 - -1 1 U U5 U U6 U U1 U U2 U U3 U U4 3、仿真结果及分析 3.1直接转矩控制系统整体仿真图 经过以上分析，建立直接转矩控制系统的整体仿真模型如下: 图 3.1

11、3.1 直接转矩控制系统的整体仿真图 3.2仿真图及结果分析 .word.zl. 可以看出，由于积分别离式控制器的作用，转速根本上是无静差的。通过调节转速 PIPI 调节器的比例与积分参数，使得转速上升速度较快且根本上无超调。当 所下降但很快跟随到给定。 当给定速度下降时， 系统也能很快的跟随， 虽然有一个小的超调 但在很短的时间内就又跟随给定，结果说明应用直接转矩控制技术后系统的静动态性能较 好。 将图 3.43.4 中两个仿真结果进展比拟可知，电机的启动转矩较大，启动完成后，电机的估 算转矩始终与给定转矩保持近似平衡。 同时采用三点式转矩调节器， 提高了系统的动态响应。 图 3.53.5 磁链估算值与磁链给定值 由图 3.53.5 所得磁链仿真图可知，磁链估算值能够始终跟随给定值的变化，维持恒定。1s1s 加负载后转速有 图 3.23.2 异步电动机 is,wm,Tmis,wm,Tm 的仿真结果 图