模糊控制在直接转矩控制体系概述与应用

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1、模糊控制在直接转矩控制体系概述与应用第一章绪论1.1交流调速技术的发展及现状本论文研究的对象为交流电动机变频调速系统。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媳美，

2、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以下四种主要的调速控制系统。V/F=C(常数）控制。V/F=C(常数）控制属于开环控制，是最简单的交流变频调速控制策略，是一种标量控制，通过在控制过程中保持V/F为常数来保持定子磁链的恒定。其缺点是：该控制方式不能调节转矩，只是控制了电机的气隙磁通，动态性能指标与直流双闭环调速控制系统相比差距很大[4]。(2)转差频率控制。转差频率控制引入了转速闭环，使转速变化频率与实际转速同步上升或下降，与V/F=C(常数）控制相比，加减速比较平滑，更使系统稳定。因此，转差频率控制的变频调速系统基本达到了直流调速双闭环控制系

3、统的调速性能。但是，它是从电机的稳态方程得到的，并不能真正控制动态过程的电磁转矩，在动态性能方面仍然存在缺陷[4]。(3)矢量控制。也称为磁场定向控制。1.2直接转矩控制综述1.2.1直接转矩控制的提出1977年A.B.Piunkett在IEEE杂志上提出了直接转矩控制思想。但当时对瞬时定子磁链的检测没有一个很好的解决方法，使其实现起来颇为困难而未曾引起广泛的注意。1985年，德国鲁尔大学的Depenbrock教授通过对瞬时空间理论的研究，首次提出了直接转矩控制的理论DSC(DirectSelf-Control),接着1987年把它应用到弱磁调速范围。这种控制方法是使定子磁链按照

4、正六边形轨迹运动，由于六个非零电压空间矢量与正六边形的六条边分别相对应，因此可以通过三个施密特触发器来切换逆变器的六个工作状态，直接利用六个非零电压空间矢量实现磁链轨迹控制。同矢量控制技术相比，直接转矩控制技术抛弃了解稱的思想，省去了复杂的坐标变换，克服对电动机参数依赖性强的缺点。直接转矩控制不通过电流、磁链等间接控制转矩而是对转矩进行直接控制。系统结构简单明了，控制思想新颖，性能优良，受到了人们的极大关注。这种技术在大功率的交流电气传动机车-成功地得到应用乐此胜.控制方式中定子磁链的运动轨迹是正六边形，故转矩脉动较大，电流、电压波形畸变也较严重，低速时转矩脉动更大大，在一定程度

5、上限制了直接转矩控制性能应用场合。随后日本学者I.Takahashi也提出了类似的控制方案，并获得了令人振奋的控制效果。它被认为是DSC的改进。这种方法通过实时观测电机转矩和磁链的误差，结合电机定子磁链的位置来选择相应的电压幵关矢量在原理上几乎完全与DSC相同，然而，它的定子磁链轨迹却是接近于圆形，而不是像DSC中为6边形。由于磁链运动轨迹近似为圆形，电流、电压中的波形要远好于DSC，但控制系统比DSC复杂一些，因而在中小功率场合获得广泛应用。第二章交流异步电机数学模型与DTC系统基本原理2.1交流异步电机的数学模型和坐标变换交流异步电机的数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变

6、量系统。在研究异步电动机的数学模型时，常作如下的假设：(1)忽略空间谐波；(2)忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定的；(3)忽略铁芯损耗；(4)不考虑频率和温度变化对绕组电阻的影响。无论电机转子是鼠笼式还是绕线式的，都把它等效成绕线转子，并折算到定子侧，折算后的每相阻数都相等。实际电机绕组被等效为如图2.1所示的三相感应电机的物理模型。图中，定子三相绕组轴线A、B、C在空间是固定的，以A轴为参考坐标轴，转子绕组轴线a、b、c随转子旋转，转子a轴和定子A轴间的电角度0为空间角位移变量。当定子绕组通入三相交流电时将产生定子旋转磁场，定子旋转磁场在转子上感应出电流，感应的电流产生

7、一个转子磁场，于是转子磁场跟着定子磁场一起旋转，也就是转子跟着定子磁场旋转。这就是异步电机旋转的基本原理。交流异步电机的三相动态数学模型非常复杂，求解这组非线性方程十分困难。通过数学推导可知三相变量只有两相是独立的，由此可知，三相数学模型并不是交流异步电机最简洁的数学描述，所以为了计算和分析的方便，通过坐标变换的方式用两相绕组模型等效代替三相绕组模型。2.2电压空间矢量和逆变器就逆变器电路而言，一个电压空间矢量代表的是逆变器的一种开关状态组合，总计共有八种不同方式的开关状态组合。