异步电机直接转矩控制系统研究(本科毕业设计)

目录摘要......................................................................IABSTRACT..............................................................II第1章绪论...............................................................11.1电机调速技术的发展概况..............................................11.2直接转矩控制技术的发展现状..........................................21.2.1直接转矩控制的现状及发展趋势.....................................21.2.2目前的热点研究问题及解决方法.....................................21.3本文所做的工作......................................................3第2章直接转矩控制理论...................................................42.1概述................................................................42.2直接转矩控制的基本原理..............................................42.2.1异步电机动态数学模型.............................................42.3逆变器的输出电压状态及电压空间矢量..................................62.3.1逆变器输出电压状态...............................................62.3.2电压空间矢量.....................................................72.4电压空间矢量对电动机定子磁链和转矩的影响............................82.4.1异步电机的磁链观测模型...........................................82.4.2电压空间矢量对定子磁链影响.......................................92.4.3电压空间矢量对转矩的影响........................................102.5直接转矩控制系统的基本组成.........................................112.5.1磁链滞环调节器..................................................122.5.2转矩滞环调节器..................................................122.5.3开关信号选择单元................................................132.6低速范围内的解决方案...............................................13第3章异步电机直接转矩控制系统的建模与仿真..............................163.1仿真软件MATLAB简介................................................163.1.1MATLAB语言.....................................................163.1.2软件构成........................................................163.2仿真模型搭建及参数设置.............................................183.3仿真结果及分析.....................................................20第4章系统硬件电路的设计................................................214.1控制电路结构简介...................................................214.2DSP(TMS320LF2407A)..................................................214.33.3VDSP与5V逻辑器件的混合接口问题..............................234.3.1逻辑电平不同，接口时出现的问题.................................234.3.2系统接口实现方法...............................................244.4转子速度的测量.....................................................264.5A/D采样电路.......................................................264.6主电路结构框图.....................................................274.7IPM智能模块7MBP50RA120功能简述...................................284.8主电路的保护功能...................................................294.9主电路的控制电源...................................................30第5章系统控制软件的设计开发.............................................315.1系统软件总体设计...................................................315.2软件模块...........................................................345.2.1初始化模块......................................................345.2.2串口通讯模块....................................................355.2.3电流采样模块....................................................355.2.4电机转速采样模块................................................365.2.5Pl调节模块.....................................................37参考文献.................................................................38致谢.....................................................................40I异步电机直接转矩控制系统研究摘要：本文介绍了异步电机直接转矩控制的基本原理和系统的基本构成，在此基础上，通过Matlab／Simulink建立了各个模块的仿真模型，构建了直接转矩控制仿真系统，对直接转矩控制方法的特点及其存在的问题进行了仿真分析研究，验证了直接转矩控制系统的可行性。但转矩脉动较大，针对这一缺点，本文利用双PI控制方法进行了改进，设计出一种非零电压空间矢量和零电压空间矢量控制器，改进了速度调节器以及开关状态表，结果表明，所提方案能极大的减小转矩脉动和转速响应时间，同时算法简单，易于实现。最后在方案论证的基础上，选择了电机控制专用芯片TMS320LF2407A为控制核心，设计了一个控制系统。在DSP集成开发环境下给出了系统软件。关键词：直接转矩控制；异步电机；Matlab／Simulink：DSPIIInductionMotorDirectTorqueControlSystemABSTRACT：ThebasicprincipleandstructureofDTChavebeenintroduced，onthisground，UsingMatlab／SimulinkbuildthesimulationmodelswhichformthewholeDTCsimulationsystem．Then，DTCmethodprovetobeoffeasibilityaccordingtostudyandanalyzethecharacteristicofthesimulationsystem．Itiswellestablishedthatconventionaldirecttorquecontrol(DTC)suffersfromhightorque．Anewcontrollerofnon—zerovoltagespacevectorandzerovoltagespacevectorusingdouble-piisproposed．Itimprovesthespeedadjustorandinverterswitchingtable．Simulationresultsshowthattheproposedcontrollermanagedtoreducethetorquerippleandminishtheresponsetimeofspeed．Thealgorithmissimpleandeasytoimplement．OnthebasisofthetheoryanalysisofDTCsystem，aleastcontrolsystembasedonTMS320LF2407Aisproposed，includingsoftwaredesigningandhardwaredesigning．SystemsoftwareWascompiledunderCCS．FinallgThethesissumsupthewholeworkofstudyandpredictthedirectionofforwardstudyaswell．KEYWORDS：Directtorquecontrol；inductionmotor；Matlab／Simulink；DSP异步电机直接转矩控制系统研究1第1章绪论1.1电机调速技术的发展概况自十九世纪后半期，电机发明以来已经历了一个多世纪，电力拖动已渗透了人类活动每一领域，从人们日常生活的办公楼到冶金、化工、轻工等各行各业。上世纪九十年代以前，由于直流调速拖动系统的性能指标优于交流调速拖动系统，因此直流调速拖动系统一直在调速领域占居优势。随着电力电子技术不断发展，各类大功率半导体器件如GTO、MOSFET、IGBT等的不断出现，使交流传动调速在近十年来得到飞快进步，高性能交流调速系统应运而生。这时，直流电机和交流电机相比的缺点日益显露出来，例如具有电刷和换相器因而必须经常检查维修，换向火花使它的应用环境受到限制，换向能力限制了直流电机的容量和速度等等。于是，用交流可调传动取代直流可调传动的趋势越来越明显，交流传动控制系统已经成