异步电动机直接转矩控制系统仿真课程设计

异步电动机直接转矩控制系统仿真课程设计异步电机直接转矩控制系统仿真课程的设计：课程设计(论文)题目名称异步电动机直接转矩控制系统仿真课程名称运动控制系统学生姓名学号系、专业电气工程、电气指导教师20XX年X月X号课程设计（论文）任务书年级专业电气学生姓名学号题目名称三相异步电机直接转矩控制(DTC)系统仿真设计时间20XX年6月20日-20XX年7月1日课程名称运动控制系统课异步电动机直接转矩控制系统仿真课程设计本文内容：课程设计(论文)题目名称异步电动机直接转矩控制系统仿真课程名称运动控制系统学生姓名学号系、专业电气工程、电气指导教师20XX年X月X号课程设计（论文）任务书年级专业电气学生姓名学号题目名称三相异步电机直接转矩控制(DTC)系统仿真设计时间20XX年6月20日-20XX年7月1日课程名称运动控制系统课程编号设计地点电力电子与电力拖动实验室/综合仿真实验室一、课程设计（论文）目的课程设计是在校学生素质教育的重要环节，是理论与实践相结合的桥梁和纽带。运动控制系统课程设计，要求学生更多实践方案，解决目前学生课程设计过程中普遍存在的缺乏动手能力的现象.《运动控制系统课程设计》是继《电机与拖动基础》和《运动控制系统》课程之后开出的实践环节课程，其目的和任务是训练学生综合运用已学课程的基本知识，独立进行电机调速技术和设计工作,掌握系统设计、调试和应用电路设计、分析及调试检测。二、已知技术参数和条件异步电动机的参数：460V，60Hz，2对极，Rs=0.01485欧，Lls=0.03027mH，Rr=0.009295欧，Llr=0.3027mH,Lm=0.069mH,J=3.1kg.m2，变器直流电源510V,Ls=0.71mH,Lr=0.071mH,Tr=0.87三、任务和要求1.完成主电路的参数设置和仿真2.完成开关控制模块的仿真3.控制策略采用直接转矩控制，结合主电路完成系统仿真。4.频率变化范围1-60Hz注：1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）1、电力电子与电力拖动实验室，4套DJDK-1电力电子与电力拖动实验装置；2、DJDK-1电力电子与电力拖动实验指导书；3.Matlab/Simulink仿真软件五、进度安排20XX年6月20日-21日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务和要求20XX年6月22日-23日：总体方案设计及主电路的仿真20XX年6月24日-27日：各单元模块的仿真20XX年6月28日-30日：整理并书写设计说明书20XX年7月1日：答辩并考核六、教研室审批意见教研室主任（签字）：年月日七|、主管教学主任意见主管主任（签字）：年月日八、备注指导教师（签字）：学生（签字）：XX学院课程设计（论文）评阅表学生姓名XX学号XX系电气工程系专业班级电气班题目名称三相异步电动机直接转矩控制课程名称运动控制系统一、学生自我总结在对异步电机直接转矩控制变频调速系统的建模和仿真的过程中，拓宽了我们的专业知识领域。期间，我曾遇到过很多困难，比如系统仿真模型的正确建立，模型参数的设置和调整，系统模型的模块化调试，以及对调试中出现的错误和警告的分析和排除等等。整个任务的完成离不开自己的努力，更离不开指导老师的悉心指导和帮助，我也因此提高了自身仿真研究的能力，发现问题与解决问题的能力，掌握和运用专业知识的能力，并再次认识到及时与老师和同学交流和沟通的重要性。学生签名：年月日二、指导教师评定评分项目平时成绩论文答辩综合成绩权重304030单项成绩指导教师评语：指导教师（签名）：年月日注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。摘要直接转矩控制技术在电力机车牵引、汽车工业以及家用电器等工业控制领域得到了广泛的应用。在运动控制系统中，直接转矩控制作为一种新型的交流调速技术，其控制思想新颖、控制结构简单、控制手段直接、转矩响应迅速，正在运动控制领域中发挥着巨大的作用。本文分析异步电动机数学模型的基础上,提出了一种基于MATLAB/SIMULINK的交流电机直接转矩控制系统的仿真模型.通过搭建独立的功能模块和模块的有机整合,得到一个完整的异步电动机控制系统的仿真模型在仿真模型中,定子磁链控制器电磁转矩控制器均采用双电平方式,仿真结果证明了该方案的合理性和有效性。仿真结果表明:DTC系统具有动态响应速度快、精度高、易于实现的优点。仿真结果验证了该模型的正确性和该控制系统的有效性。关键词:异步电机；直接转矩控制；MATLAB仿真目录摘要……………………………………………………………………I1直接转矩控制系统概述……………………………………………….12直接转矩控制的理论基础…………………………………………32.1基本思想……………………………………………………………32.2定子电压分析………………………………………………………32.3电压空间矢量对定子磁链的影响…………………………………52.4电压空间矢量对定子电磁转矩的影响……………………………63直接转矩控制系统的建模与仿真………………………………..73.1仿真模型的建立…………………………………………………73.2仿真模块的分析………………………………………………….83.2.1转速控制器……………………………………………………..83.2.2直接转矩DTC模块………………………………………………93.2.3转矩和定子磁链计算模块………………………………………103.2.4磁通和转矩制环控制器…………………………………………113.2.5磁链选择器………………………………………………………113.2.6开关表……………………………………………………………123.2.7开关控制模块……………………………………………………124仿真结果及其分析…………………………………………………..145总结…………………………………………………………………..16参考文献………………………………………………………………..17附录I……………………………………………………………………181直接转矩控制系统概述直接转矩控制技术是在上世纪80年代中期继矢量控制变换技术之后发展起来的一种异步电动机调速技术，直接转矩控制变频调速系统。直接转矩控制思想于1977年ABPiunkett在IEEE杂志上首先提出，1985年由德国鲁尔大学的德彭布罗克（Depenbrock）教授首先取得了实际应用的成功。接着1987年把它推广到弱磁调速范围。不同与矢量控制技术，直接转矩控制有着自己的特点，它在很大程度上解决了矢量控制中计算复杂、特性易受电动机参数变化的影响、实际性能难以达到理论分析结果的一些重要技术问题。直接转矩控制技术一诞生，就以自己新颖的控制思想，简洁明了的系统结构，优良的静、动态性能受到了普遍的关注并得到了迅速的发展。实际应用表明，采用直接转矩控制的异步电动机调速系统，电机磁场接近圆形，谐波小，损耗低，噪声及温升均比一般逆变器驱动的电机小得多。直接转矩控制系统的主要特点有：(1)直接转矩控制是直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机与直流电动机进行比较、等效、转化；即不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学摸型，它省掉了矢量旋转变换等复杂的变化与计算。因此，它所需要的信号处理工作比较简单，所用的控制信号易于观察者对交流电动机的物理过程作出直接和明确的判断。(2)直接转矩控制的磁场定向采用的是定子磁链轴，只要知道定子电阻就可以把它观测出来。而矢量控制的磁场定向所用的转子磁链轴，观测转子磁链需要知道电动机转子电阻和电感。因此，直接转矩控制大大减少了矢量控制技术中控制性能易受参数变化影响的问题。(3)直接转矩控制采用空间矢量的概念来分析三相交流电动机的数学模型和控制各物理量，使问题变得简单明了。(4)直接转矩控制强调的是转矩的直接控制效果。与著名的矢量控制的方法不同直接控制转矩步是通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量进行控制，强调的是转矩的直接控制效果。其控制方式是，通过转矩两点调节器把转矩检测值与转矩给定值作滞环比较，把转矩波动限制在一定的容差范围内，容差的大小由频率调节器来控制。因此，它的控制效果不取决于电动机的数学模型是否能够简化，而是取决于转矩的实际状况。它的控制即直接又简单。对转矩的这种直接控制方式也称之为“直接自控制”。这种“直接自控制”的思想不仅用于转矩控制也用于磁链量的控制，但以转矩为中心来进行综合控制。综上所述，直接转矩控制技术，用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系下计算与控制交流电动机的转矩，采用定子磁场定向，借助于离散的两点式（Bang-Bang控制）产生PWM信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。它省掉了复杂的矢量变换运算与电动机数学模型的简化处理过程，控制结构简单，控制手段直接，信号处理的物理概念明确。该控制系统的转矩响应迅速，限制在一拍以内，且无超调，是一种具有较高动态响应的交流调速技术。2直接转矩控制的理论基础2.1基本思想直接转矩控制系统的基本思想是根据定子磁链幅值偏差Δ的正负符号和电磁转矩偏差ΔTe的正负符号，再依据当前定子磁链矢量所在位置，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，实现电磁转矩和定子磁链的控制。2.2定子电压分析电压源型逆变器(如图2.1)是由三组、六个开关（Sa、Sa、Sb、Sb、Sc、Sc）组成。由于Sa与Sa、Sb与Sb、Sc与Sc之间互为反向，即一个另一个断开，所以三相开关有=8种可能的开关组合。用Sabc表示三相开关Sa、Sb和Sc若规定：a、b、c三相负载的某一相与“+”极接通时，的开关状态为“1”态；反之，与“-”极接通时，该相的开关状态为“0”态。8种可能的开关状态可以分成两类：一类是6种工作状态，即表2.1中的状态“1”到状态“6，它们的特点是三相负载并不都接到相同的电位上；另一类开关状态是零开关状态，如表2.1中的状态“0”和状态“7”，它们的特点是三相负载都被接到相同的电位上。ScScSbSaSbSa图2.1理想电压源型逆变器结构图表2.1六个开关器件的八种状态状态01234567011000110011100100001111对应于逆变器的8种开关状态，对外部负载来说，逆变器输出7种不同的电压状态。这7种不同的电压状态也分为两类：一类是6种工作电压状态，它对应于开关状态“1”至“6”；另一类是零电压状态，它对应于开关状态“0”和“7”，对于外部负载来说，输出的电压都为零，所以统称为零电压状态。用电压空间矢量表示的离散电压状态如图2.2所示。6种工作电压空间矢量两两相隔，其顶点构成正六边形的6个顶点。所对应的开关状态是100-110-010-011-001-101。如果用符号表量，Us2（110）Us1(100)-Us2(110)-Us3(010)-Us4(011)-Us5(001)-Us6(101)。零电压矢量位于正六变形的中心。Us3（010）Us6（101）Us1（100）Us5（001）Us4（011）图2.2用电压空间矢量表示的离散的电压状态2.3电压空间矢量对定子磁链的影响逆变器的输出电压直接加到三相异步电动机的定子绕组上，由此得到定子磁链为：若忽略定子电阻压降的影响，则：上式表示定子磁链空间矢量与定子电压空间矢量之间为积分关系。图2.3表示定子磁链空间矢量与定子电压空间矢量的关系。Us6（101）Us1（100）Us5（001）Us4（011）Us3（010）Us2（110）图2.3定子电压空间矢量与定子磁链空间矢量的关系图2.3中,表示定子电压空间矢量，表示定子磁链空间矢量,S1,S2,S3,S4,