基于MATLAB的异步电机直接转矩系统的仿真研究

论文编号:ZD1494  论文字数:18369，附外文翻译，答辩PPT

题目
基于MATLAB的异步电机直接转矩控制系统的仿真研究
指导思想和目的要求
 通过毕业设计，加深对所学自动控制原理，电力电子，电机学等的基本原理的掌握及应用，了解异步电机直接转矩控制系统的仿真研究以及MATLAB相关工具箱进行建模仿真等方面知识，掌握异步电机直接转矩控制系统的仿真研究的工作原理及构成，为今后的学习工作打下一定的基础。
三、主要技术指标
 重点分析掌握异步电机直接转矩控制系统，然后对其进行MATLAB的仿真，通过修改系统各部分的参数，可以输出稳定的波形。根据示波器输出结果，对系统的性能进行分析。
四、进度和要求
1.. 准备阶段；完成开题报告与外文翻译                    第1周 ~ 第2周                                                 
2. 完成总体设计方案的论证并撰写开题报告                 第3周 ~ 第4周
3. 分析异步电机直接转矩控制系统                        第5周 ~ 第7周                                                                     
4. 提出异步电机直接转矩控制系统的性能指标、控制原则和控制要求，制定控制系统的控制策略和方法                                     第8周 ~ 第9周
5. 建立系统的数学模型及仿真模型，系统运行性能仿真分析  第10周~第12周
6. 完成论文撰写                                        第13周~第15周
7. 准备答辩                                              第16周
五、主要参考书及参考资料
[1]卢京潮．自动控制原理．西安：西北工业大学出版社，2010
[2]谢鸿鸣，陈伯时.异步电机定子磁链的间接观测方法[J].电气传动，1999
[3]刘贤兴等．电力拖动与控制．北京：机械工业出版社，2004
[4]程宪平．机电传动与控制．武汉：华中科技大学出版社，2003
[5]罗飞等．电力拖动与运动控制系统．北京：化工工业出版社，2007
[6]洪乃刚．电力电子和电力拖动系统的MATLAB仿真．北京：化工工业出版社，2007
[7]李夙．异步电动机直接转矩控制.北京：机械工业出版社，1994
[8]别红波，徐中．基于MATLAB的异步电机无速度传感器直接转矩控制的仿真研究.
[9]李永东．交流电机数字控制系统.[M]北京：机械工业出版社，2002
[10]薛定宇，陈阳泉．基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用. 北京：清华大学出版社，2002
[11]孟庆春，叶锦娇，郭凤仪．异步电动机直接转矩控制系统的改进方案. [J]．中国电机工程学报，2005，25（13）：118–122
[12]陈伯时.交流调速系统.[M].电气自动化新技术丛书.北京:机械工业出版社2005
[13]尔桂花，窦曰轩编著.运动控制系统.[M].北京:清华大学出版社，2002
[14]王君艳.交流调速.[M].北京:高等教育出版社，2003
[15]王康.异步电动机直接转矩控制系统的研究与实现.沈阳:东北大学，2004
[16]甄鹏.异步电机直接转矩控制系统改善低速性能的研究.湖南:中南大学，2005
[17]李武君，阮毅.异步电机直接转矩控制系统中的定子磁链观测模型.[J].上海市电机工程学会，2006

基于MATLAB的异步电机直接转矩系统的仿真研究

摘 要

    在交流调速中，直接转矩控制以思想新颖、结构简单、控制手段直接和动态特性优良的特点成为了该领域的研究热点。其基本思想是通过电压控制定子磁链，达到直接控制转矩的目的，从而实现转速的控制和调节。
 本文从异步电机数学模型出发，系统阐述了异步电机直接转矩控制的基本原理，详细分析空间电压矢量与定子磁链、电动机转矩的关系。根据定子磁链的不同控制策略，首先介绍传统的六边形磁链轨迹直接转矩控制的原理和结构，为了克服六边形磁链控制中的转矩脉动等问题，引入圆形磁链轨迹DTC建立模型并仿真。仿真结果表明圆形DTC转矩脉动小，磁链轨迹光滑，但磁链开关频率较高。根据两种控制方法在低高速域内不同的控制性能，建立低速域采用圆形磁链控制，结果表明在低速范围两模型之间过渡平滑，速度响应及时，且有效降低磁链开关频率。
 

关键词：直接转矩控制，六边形磁链轨迹，圆形磁链轨迹
 

 ABSTRACT

    In the field of AC machines control, Direct Torque Control (DTC) has become a focus which has many advantages such as new control method, simple structure, direct control means and fast torque response. The basic idea of DTC is to control the motor torque directly through the voltage that acts on the stator flux, so as to control and regulate the rotational speed of the motor.
    This paper described the DTC basic theory of asynchronous motor systematically from mathematical model of asynchronous motor and analyzed the relationship of space voltage vector and stator flux, motor torque. According to different control strategies based on the stator flux, this article intruducs the principle and stucture of the the hexagonal flux trajectory firstly. Based on the simulation software---- Matlab/Simulink, the models of the hexagonal flux trajectory DTC are build.  The results are obtained through simulation studies that it has low flux switching frequency with large torque ripple especially in the low speed range. In order to improve the performance of the hexagonal flux DTC at low-speed, a circular flux stajectory is analyzed and the simulation model of circular flux trajectory control DTC is build. It can be seen from the simulation result that the torque ripple is smaller with smoth flux path, but the flux switching frequency is much high. Based on the two different control methods with their own control performance at low speed range, a model of full speed range is build which uses circular flux control methods at low speed range .The simulation studies show that these two models can complete the conversion smothly and reduce the switching frequecy of the flux effectively.

Keywords:  Direct Torque Control , hexagonal flux trajectory , circular flux trajectory

基于MATLAB的异步电机直接转矩系统的仿真研究
目录

第一章  绪论 1
1.1 电机调速技术的发展概述 1
1.2 直接转矩控制国内外研究现状 3
1.2.1 磁链观测 3
1.2.2 控制策略 4
1.3 论文工作及结构安排 5
第二章 直接转矩控制原理 6
2.1 异步电机数学模型 6
2.1.1 三相静止坐标系下的异步电机方程 6
2.1.2 两相静止坐标系下的异步电动机方程 8
2.1.3坐标转换 9
2.2 直接转矩控制的基本原理 12
2.2.1 电压空间矢量的概念 12
2.2.2 电压空间矢量对定子磁链的控制 14
2.2.3 电压空间矢量对转矩的控制 15
2.3六边形磁链轨迹直接转矩控制系统 16
2.3.1六边形磁链的控制策略 16
2.3.2 六边形磁链直接转矩控制系统结构 19
2.4 圆形磁链轨迹的直接转矩控制系统 22
2.4.1 圆形磁链的控制策略 22
2.4.2 圆形磁链直接转矩控制系统的结构 23
2.5 本章小结 24
第三章 直接转矩控制的仿真 25
3.1异步电动机数学仿真模型的建立 25
3.2圆形磁链轨迹直接转矩控制系统仿真 26
3.2.1 仿真模块的建立 26
3.2.2 开环仿真 29
3.2.3闭环仿真 34
3.3本章小结 37
第四章   结论与展望 38
4.1 总结 38
4.2 展望 39
致谢 40
参考文献 41
毕业设计小结 42

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