基于模糊控制的直接转矩控制仿真与研究_-

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1、最优控制与智能控制基础文献总结报告1研究背景及意义电动机是电能向机械能展缓的能量载体。在工业、农业、交通运输、国防科技日常生活中广泛应用电动机进行电气传动。电气传动技术分为直流电气传动和交流电气传动两大类。长期以来，由于直流电动机的调速性能和转矩控制性能都比较理想，直流电气传动一直在电气调速系统中占有主导地位。然而，由于直流电动机本身结构上存在的机械换向器和电刷，是它具有一些难以客服的缺点，如成本高、制造工艺复杂、维护麻烦、寿命短、使用受环境限制等，使其很难向大容量、高点也、高转速方向发展。交流电动机以其结构简单

2、、价格低廉容易制造、运行可靠可以以更高的转速运转、环境适应性强等优点得到了广泛的运用，但交流电动机是一个非线性、多变量、强耦合的控制对象，调速复杂，实现高精度控制比较困难。近代以来产生了各种各样的交流电动机调速系统，主要有：降电压调速、电磁转差离合器调速、绕线转子异步电动机转子串电阻调速、绕线转子异步电动机串级调速、变极对数调速、变频调速[1]。在20世纪30年代，变频调速就己经被认为是交流异步电动机的一种较好的调速方法，但由于当时硬件设备条件的限制，变频调速技术没有得到大规模的应用。60年代，随着控制技术和电力

3、电子技术的飞速发展，变频调速装置研制成功，交流调速技术重新受到人们的重视，成为电动机调速的发展方向。90年代以来，随着新型电力电子器件的产生、微电子技术和计算机技术的发展以及现代控制理论和智能控制理论在电机控制技术中的应用，交流调速技术取得了突飞猛进的发展，其调速性能可以和直流调速技术性能相媲美，并且已经逐步取代直流调速技术。交流电动机的调速技术从诞生至今先后出现了四种主要的调速控制系统：V/F=C(常数)控制，转差频率控制，矢量控制（也称为磁场定向控制）和直接转矩控制[2]。直接转矩控制（DirectTorqu

4、eControl,DTC）方法是在1985年由德国鲁尔大学的Depenbrock教授首次提出的，它是继矢量控制技术之后发展起来的一种交流变频调速技术。尽管矢量控制在理论上可以达到很高的控制性能，但在实际上，由于转子磁链难以准确观测，系统性能受电动机参数的影响较大，再加上矢量控制中复杂的矢量变换，都使矢量控制的实际控制效果难以达到理论分析的结果。直接转矩控制正式弥补了矢量控制的不足，避免了复杂的坐标变换，减少了对电动机参数的依赖性，以其新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能备受人们的青睐，得到迅速发展

5、。-18-最优控制与智能控制基础文献总结报告直接转矩控制的目标是:通过选择适当的定子电压空间矢量，使定子磁链的运动轨迹为圆形，同时实现磁链模值和电磁转矩的跟踪控制，和矢量控制相比直接转矩控制具有结构简单，转矩响应速度快、对参数变化鲁棒性强的优点。虽然直接转矩控制技术跟其它的控制技术相比有很多优点，但是作为一个只有30年历史的新型技术，还有很多方面需要改进，最突出的问题主要体现在以下3个方面：(1)由于转矩和磁链调节器采用滞环比较器，不可避免地造成了转矩脉动;(2)在电动机运行一段时间之后,电机的温度升高,定子电阻

6、的阻值发生变化,使定子磁链的估计精度降低，导致电磁转矩出现较大的脉动;(3)逆变器开关频率的高低也会影响转矩脉动的大小，开关频率越高转矩脉动越小，反之开关频率越低转矩脉动越大[3]。这三个问题使系统在低速时性能变差，因而系统的调速范围受到限制。因此，抑制转矩脉动、提高低速性能便成为改进原始的直接转矩控制系统的主要方向。目前，直接转矩控制技术已经成为热门的研究课题，为了解决上述的问题，可将模糊控制引入到直接转矩控制的研究。2直接转矩控制的研究现状2.1直接转矩国外研究动态直接转矩控制技术首先是由德国鲁尔大学M.De

7、penhbrok教授于1985年提出，其直接在定子坐标下分析电机的数学模型，采用磁场定向，直接控制异步电动机的电磁转矩和电机定子磁链。若定子磁链控制成六边形，每个六分之一个控制周期，只施加一个电压矢量，能减少功率管的切换次数，改善电力电子器件的发热性能。这种控制方法，叫直接自控制(DirectSelfControl,DSC)[4]。1987年，把它推广到弱磁调速范围。定子磁链六边形方案虽然控制简单，但电机的电磁转矩脉动大，尤其在中小功率系统中，转矩脉动会使转速波动到不允许的地步，因此希望定子磁链控制形成圆形而不是

8、六边形。于是，1986年，日本I.Takahashi（高橋勳）教授提出了定子磁链为圆形的异步电动机直接转矩控制方案。定子磁链为圆形的异步电动机直接转矩控制常称为直接转矩控制(DirectTorqueControl,DTC)。DTC的定子磁链为常数，其计算和比较都比较方便，简化了六边形磁链的比较过程。1993年，空间矢量控制(SpaceVectorModulation,SV