矩阵变换器——异步电动机直接转矩预测控制系统的研究

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1、摘要直接转矩控制直接在静止坐标系下进行计算，并控制交流电机的转矩，用定子磁链定向的矢量控制方法，借助离散的两点式调节产生PWM信号，直接对逆变器的开关状态进行控制，以获得转矩的高动态性能。但传统的直接转矩控制系统存在转矩和磁链脉动、器件开关频率不定等缺点，针对这些问题，本文提出了～种直接转矩空间矢量脉宽调制预测控制方法。根据转矩和定子磁链的误差，通过驱使误差为零的原则确定参考电压矢量，然后利用SⅥ，WM合成该矢量。由于采样时刻的电压和磁链误差，可在下一个控制周期内得到补偿，因此转矩和磁链的误差始终很小，且脉动很小。针对传统的交一直一交变换器存在电网

2、侧功率因数偏低、谐波含量偏大、制动时能量不能回馈电网等问题，在实现异步电动机的高动静态性能的调速的同时，为满足电网电能质量的要求，本文提出了一种采用新型的交交变换器一—矩阵交换器驱动异步电动机的直接转矩控制系统方案。仿真和实验的结果表明，利用这种方案在较低的恒定开关频率下，可以实现定子磁链近似为圆、异步电机电磁转矩脉动不明显的运行性能。由于电磁转矩的参考值通过速度调节器获得，系统的动态性能和鲁棒性在很大程度上取决于速度调节器的性能，所以直接转矩控制系统性能的提高在很大程度上取决于速度调节器性能的提高。虽然PI调节器具有算法简单、鲁棒性好和可靠性高等

3、优点，但是由于异步电动机具有非线性、时变等特点，难以建立精确的数学模型，因此采用常规的PI调节器往往不能达到理想的控制效果。在实际参数整定中，常规PI调节器的参数也往往整定不良、性能不佳，对运行工况的适应性较差。鉴于以上PI调节器的缺点，引进了一种新型的非线性控制器——自抗扰控制器来取代PI调节器。自抗扰控制器继承了PI调节器不依赖于对象精确数学模型的特点，同时又解决了“快速性”和“超调”之间的矛盾。最后在Matlab／Simulink环境下，利用电气系统模块建立了直接转矩控制系统仿真模型。仿真结果表明了采用自抗扰控制器的控制性能优于传统的PI控制

4、器。关键词：直接转矩预测控制，空间矢量脉宽调制，矩阵变换器，自抗扰控制器，扩张状态观测器ABSTRACTDirectTorqueControl(DTC)analyzesmathematicalmodeIoftheinductionmotorunderthestatorcoordinatesystem．11塘motortorqueisdirectlycomputedandcontrolledunderthesmilecoordinatesystem．Inordertoobtainexcellentdynamicperformances，thePWMs

5、ignalsareproducedbymeansoftheseparatetwo—pointformadjustmentandusingthestatorfield-orientedvectorcontrol，thesignalscontroldirectlyswitchstatesoftheinverter．Thesystemcallobtainthehighdynamicperformance．ASVPWM(spacevectorpulsewidthmodulation)predictivecontrolmethodwasdevelopedto

6、solvetheproblemsofdirecttorquecontrol(DTC)forinductionmotorsrelatedtotheuncertainlyoftheswitchingfrequency,thefluxripple，andthetorqueripple．Au-nmodelisusedtOdeterminetheactualstatorfluxandthetorqueandfluxerrorssothatthemethodCanthencalculatethereferencevoltagespacevectorthatCa

7、ncompensatefortheeITOrs．FinallythereferencevectoristhensynthesizedbynSVPWMalgorithm．ThevoltageandfluxerrorsatthesamplinginstantCanthenbecompensatedforinthenextcontrolperiod，SOtheerrorsarealwayskeptsmall．whichleadstOsmallfluxesandtorqueripple．BecauseofthetraditionalAC-DC-ACconv

8、erter’slowpowerfactor,hi曲harmon-itstothepowersupplyandlowener