正版直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真

1、目錄1直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理及特點(diǎn)與規(guī)律21.1直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)原理與特點(diǎn)21.2直接轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)的控制規(guī)律和反饋系統(tǒng)32系統(tǒng)建模與仿真62.1模塊模型實(shí)現(xiàn)6電機(jī)模型6磁通和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器8磁鏈選擇器8電壓矢量選擇10其他模塊103感受和體會(huì)12附錄13參考文獻(xiàn)19直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)仿真分析1直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理及特點(diǎn)與規(guī)律直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱DTC（Direct Torque Control）系統(tǒng)，是繼矢量控制系統(tǒng)之后發(fā)展起來的另外一種高動(dòng)態(tài)性能的交流電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。在它的轉(zhuǎn)速環(huán)里面利用轉(zhuǎn)矩反饋直接控制電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，因此而得名為直接轉(zhuǎn)矩控制。1.1直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)原理與特點(diǎn)如圖1-1為

2、直接轉(zhuǎn)矩控制的原理框圖，和VC系統(tǒng)一樣，它也是分別控制異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和磁鏈，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出作為電磁轉(zhuǎn)矩的給定信號(hào)，在后面設(shè)置轉(zhuǎn)矩控制內(nèi)環(huán)，它可以抑制磁鏈變化對(duì)于轉(zhuǎn)矩的影響，從而使得轉(zhuǎn)速和磁鏈系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)解耦。因此，從整體控制結(jié)構(gòu)上來看，直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）系統(tǒng)和矢量控制系統(tǒng)（VC）系統(tǒng)是一致的都獲得了較高質(zhì)量的動(dòng)態(tài)性能以及靜態(tài)性能。 圖1-1直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)圖從圖中中可以看出，直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，就是通過使定轉(zhuǎn)子磁鏈的幅值保持恒定，然后選擇合理的零矢量的作用次序和作用時(shí)寬，以調(diào)節(jié)定子磁鏈?zhǔn)噶康倪\(yùn)動(dòng)速度，從而改變磁通角的大小，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制。在直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)中，其基本控制方法就是

3、通過電壓空間矢量來控制定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度，控制定子磁鏈走走停停，以改變定子磁鏈的平均旋轉(zhuǎn)速度 的大小，從而改變磁通角的大小，以達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。直接轉(zhuǎn)矩控制作為一種交流調(diào)速的控制技術(shù)具有以下特點(diǎn)：直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，直接控制電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)做比較等效簡(jiǎn)化，不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，也不需要為解耦而簡(jiǎn)化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，它省掉了矢量旋轉(zhuǎn)變換等復(fù)雜的變換與計(jì)算。因此，它所需要的信號(hào)處理工作特別簡(jiǎn)單，所用的信號(hào)使觀察者對(duì)于交流電動(dòng)機(jī)的物理過程能夠做出直接和明確的判斷。 直接轉(zhuǎn)矩以定子磁場(chǎng)定向，只要知道定子參數(shù)就可以把

4、它觀測(cè)出來。而矢量控制磁場(chǎng)定向所用的是轉(zhuǎn)子磁鏈，觀測(cè)轉(zhuǎn)子磁鏈需要知道電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻和電感。因此，直接轉(zhuǎn)矩控制大大減少了矢量控制技術(shù)中控制性能易受參數(shù)變化影響的問題。直接轉(zhuǎn)矩控制采用空間電壓矢量和六邊形磁鏈軌跡，直接控制轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩和磁鏈都采用兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)，把誤差限制在容許的范圍內(nèi)，控制直接又簡(jiǎn)化。控制信號(hào)的物理概念明確，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快，具有較高的靜、動(dòng)態(tài)性能。由于以上的優(yōu)點(diǎn)所以直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)在現(xiàn)代控制理論中得到廣泛的運(yùn)用。1.2直接轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)的控制規(guī)律和反饋系統(tǒng)在DTC系統(tǒng)中采用的是兩相靜止坐標(biāo)（坐標(biāo)），為了簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型，由三相坐標(biāo)變換成兩相是非常重要的，所以可以避開旋轉(zhuǎn)變換。由式（1-1）和式（1

5、-2）可得 （1-1） （1-2）移項(xiàng)并積分后得 （1-3） （1-4）式（1-3）和式（1-4）就是圖1-1中所采用的定子磁鏈模型，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1-2所示。它適合于中低速時(shí)切換到電流模型，這是上述能提高魯棒性的優(yōu)點(diǎn)就不得不丟棄。 圖1-2 定子磁鏈模型結(jié)構(gòu)框圖 在兩相靜止坐標(biāo)系上的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為 （1-5） 整理可得 （1-6）這就是DTC系統(tǒng)所用的系統(tǒng)模型，結(jié)構(gòu)圖如圖1-3所示。 圖1-3 轉(zhuǎn)矩模型結(jié)構(gòu)框圖2系統(tǒng)建模與仿真2.1模塊模型實(shí)現(xiàn)建立如圖2-1所示的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真模型，其中電動(dòng)機(jī)采用基于坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型，轉(zhuǎn)速采用積分和輸出限幅的PI調(diào)節(jié)器，定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器采用帶有滯

6、環(huán)的雙位式控制器，電壓矢量選擇環(huán)節(jié)采用simulink中的s函數(shù)編寫。2-1直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真模型2.1.1電機(jī)模型在進(jìn)行異步電機(jī)的仿真時(shí)，沒有必要對(duì)四種狀態(tài)方程逐一進(jìn)行，只要以一種為內(nèi)核，在外圍加上坐標(biāo)變換和狀態(tài)變換，就可得到在不同的坐標(biāo)下、不同狀態(tài)量的仿真結(jié)果。因此在此處建立以定子磁鏈、轉(zhuǎn)速和電流為狀態(tài)變量的狀態(tài)結(jié)構(gòu)為核心，構(gòu)建異步電機(jī)仿真模型，如圖2-2.其中Rt=（Rs*Lr*Lr*Rr*Lm*Lm）/(Lr*Lr)。 （2-1）1.定子磁鏈計(jì)算定子磁鏈的模擬和離散計(jì)算式為 （2-2） （2-3）式中，和為兩相坐標(biāo)系上的釘子電壓和電流，K為積分系數(shù)，為采樣時(shí)間。磁鏈計(jì)算采用離散梯形積

7、分，模塊給出磁鏈，并由Complex to Magnitude-Angle計(jì)算磁鏈的幅值和轉(zhuǎn)角。2.轉(zhuǎn)矩計(jì)算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算式為 （2-4）式中，為電動(dòng)積極對(duì)數(shù)。圖2-2異步電機(jī)仿真模型2.1.2磁通和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈都采用滯環(huán)控制，其控制器結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。轉(zhuǎn)矩控制是三位滯環(huán)控制方式，在轉(zhuǎn)矩滯環(huán)寬度設(shè)為時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)矩偏差大于和小于時(shí)，滯環(huán)模塊分別輸出“1”和“3”，當(dāng)滯環(huán)模塊輸出為“2”時(shí)，經(jīng)或非門NOR輸出狀態(tài)“2”。磁鏈控制是二位滯環(huán)控制，分別輸出“1”和“2”。圖2-3轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器模塊2.1.3磁鏈選擇器直接轉(zhuǎn)矩控制將磁鏈空間劃分為6個(gè)區(qū)間，如圖2-4所示，磁鏈選擇器模塊

8、的位置角，判斷磁鏈運(yùn)行在哪一個(gè)分區(qū)。磁鏈選擇器結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。圖2-4磁鏈?zhǔn)噶靠臻g圖2-5 Flux sector seeker 模塊結(jié)構(gòu)2.1.4電壓矢量選擇電壓矢量環(huán)節(jié)采用s_function模塊，如圖2-6所示，s函數(shù)見附錄。圖2-6電壓矢量選擇環(huán)節(jié)2.1.5其他模塊仿真模型其他模塊結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖2-7兩相坐標(biāo)變換圖2-8 K/P變換圖2-9電流環(huán)圖2-10 3/2變換3感受和體會(huì)通過這次課程設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)了很多平時(shí)學(xué)習(xí)上的不足，也學(xué)到了很多以前沒有涉及到得知識(shí)，在平時(shí)的學(xué)習(xí)中常常都是考試要考什么，我就學(xué)什么，對(duì)于一些公式根本就沒有去理解和推導(dǎo)，導(dǎo)致考完試以后就把這些知識(shí)給忘掉，沒

9、有能夠轉(zhuǎn)化成自己的知識(shí)，所以剛剛開始做課設(shè)時(shí)有點(diǎn)吃力，但是在查閱了很多資料后慢慢對(duì)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真有了自己的理解。盡管這次沒有完全做出仿真結(jié)果，但我依然覺得學(xué)到了很多東西，再等我們這個(gè)小組鉆研一段時(shí)間，應(yīng)該就能完全弄懂，主要是現(xiàn)在時(shí)間真的很緊。作為一名自動(dòng)化的學(xué)生，通過這門課設(shè)學(xué)到了很多在課本上學(xué)習(xí)不到的知識(shí)，這這次課程設(shè)計(jì)也培養(yǎng)了我們的團(tuán)隊(duì)合作精神，讓幾個(gè)人一起作一個(gè)課題可以讓我們更好的發(fā)揮自己的特長(zhǎng)。課程設(shè)計(jì)中我既鞏固了課堂上學(xué)到的理論知識(shí)，又掌握了MATLAB的一些基本使用方法。同時(shí)，這次課程設(shè)計(jì)也培養(yǎng)了我認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和實(shí)事求是的工作態(tài)度。另外還要真誠(chéng)感謝胡紅明老師在我課設(shè)期間

10、給我的幫助，學(xué)術(shù)探討及建議。附錄function sys,x0,str,ts,simStateCompliance=caotian(t,x,u,flag,u1,u2,u3,u4,k)switch flag case 0 sys,x0,str,ts,simStateCompliance = mdlInitializeSizes(k); case 1 sys = mdlDerivatives(t,x,u,k); case 2,9 sys = ; case 3 sys = mdlOutputs(t,x,u); otherwise DAStudio.error('Simulink:blocks

11、:unhandledFlag', num2str(flag);endfunction sys,x0,str,ts,simStateCompliance = mdlInitializeSizes(k)sizes = simsizes;sizes.NumContStates = 1;sizes.NumDiscStates = 0;sizes.NumOutputs = 1;sizes.NumInputs = 1;sizes.DirFeedthrough = 0;sizes.NumSampleTimes = 1;sys = simsizes(sizes);str = ;x0 = ;ts = 0

12、 0; simStateCompliance = 'DefaultSimState'function sys = mdlDerivatives(t,x,u,k)if(u(1)=1&u(2)=1&u(3)=1) k=1;elseif(u(1)=1&u(2)=1&u(3)=0) k=2;elseif(u(1)=1&u(2)=0&u(3)=1) k=3;elseif(u(1)=1&u(2)=0&u(3)=0) k=4;elseif(u(1)=0&u(2)=1&u(3)=1) k=5;elseif(u(1)

13、=0&u(2)=1&u(3)=0) k=6;elseif(u(1)=0&u(2)=0&u(3)=1) k=7;elseif(u(1)=0&u(2)=0&u(3)=0) k=8;endswitch u(4) case 1 if(k=1) SA=1; SB=1; SC=0; else if(k=2) SA=1; SB=0; SC=0; else if(k=3) SA=0; SB=1; SC=0; else if(k=4) SA=0; SB=1; SC=1; else if(k=5) SA=1; SB=0; SC=0; else if(k=6) SA=

14、1; SB=0; SC=1; else if(k=7) SA=0; SB=1; SC=1; else if(k=8) SA=0; SB=0; SC=1; end case 2 if(k=1) SA=0; SB=1; SC=0; else if(k=2) SA=0; SB=0; SC=0; else if(k=3) SA=0; SB=1; SC=1; else if(k=4) SA=1; SB=1; SC=1; else if(k=5) SA=0; SB=0; SC=0; else if(k=6) SA=1; SB=0; SC=1; else if(k=7) SA=1; SB=1; SC=1;

15、else if(k=8) SA=1; SB=0; SC=1;end case 3 if(k=1) SA=0; SB=1; SC=1; else if(k=2) SA=0; SB=0; SC=0; else if(k=3) SA=0; SB=0; SC=1; else if(k=4) SA=1; SB=1; SC=1; else if(k=5) SA=0; SB=0; SC=0; else if(k=6) SA=1; SB=1; SC=0; elseif(k=7) SA=1; SB=1; SC=1; else if(k=8) SA=1; SB=0; SC=0; end case 4 if(k=1

16、) SA=0; SB=0; SC=1; else if(k=2) SA=0; SB=0; SC=0; else if(k=3) SA=1; SB=0; SC=1; else if(k=4) SA=1; SB=1; SC=1; elseif(k=5) SA=0; SB=0; SC=0; else if(k=6) SA=0; SB=1; SC=0; elseif(k=7) SA=1; SB=1; SC=1; else if(k=8) SA=1; SB=1; SC=0; end case 5 if(k=1) SA=0; SB=1; SC=0; else if(k=2) SA=0; SB=0; SC=

17、0; else if(k=3) SA=0; SB=1; SC=1; else if(k=4) SA=1; SB=1; SC=1; else if(k=5) SA=0; SB=0; SC=0; elseif(k=6) SA=1; SB=0; SC=1; else if(k=7) SA=1; SB=1; SC=1; else if(k=8) SA=1; SB=0; SC=1; end case 6 if(k=1) SA=0; SB=1; SC=0; else if(k=2) SA=0; SB=0; SC=0; else if(k=3) SA=0; SB=1; SC=1; else if(k=4) SA=1; SB=1; SC=1; else if(k=5) SA=0; SB=0; SC=0; else if(k=6) SA=1; SB=0; SC=1; else if(k=7) SA=1; SB=1; SC=1; else if(k=8) SA=1; SB=0; SC=1; en