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與規(guī)律21.1直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)原理與特點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模塊模型實現(xiàn)6電機模型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12附錄13參考文獻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與規(guī)律直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)簡稱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態(tài)性能的交流電動機變壓變頻調(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機的轉(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，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于轉(zhuǎn)矩的影響，從而使得轉(zhuǎn)速和磁鏈系統(tǒng)實現(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寬，以調(diào)節(jié)定子磁鏈矢量的運動速度，從而改變磁通角的大小，以實現(xiàn)對電機轉(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，以達到控制電動機轉(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：直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標系下分析交流電動機的數(shù)學(xué)模型，直接控制電機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動機和直流電動機做比較等效簡化，不需要模仿直流電動機的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動機的數(shù)學(xué)模型，它省掉了矢量旋轉(zhuǎn)變換等復(fù)雜的變換與計算。因此，它所需要的信號處理工作特別簡單，所用的信號使觀察者對于交流電動機的物理過程能夠做出直接和明確的判斷。 直接轉(zhuǎn)矩以定子磁場定向，只要知道定子參數(shù)就可以把

4、它觀測出來。而矢量控制磁場定向所用的是轉(zhuǎn)子磁鏈，觀測轉(zhuǎn)子磁鏈需要知道電動機的轉(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式調(diào)節(jié)，把誤差限制在容許的范圍內(nèi)，控制直接又簡化。控制信號的物理概念明確，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快，具有較高的靜、動態(tài)性能。由于以上的優(yōu)點所以直接轉(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（坐標），為了簡化數(shù)學(xué)模型，由三相坐標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。它適合于中低速時切換到電流模型，這是上述能提高魯棒性的優(yōu)點就不得不丟棄。 圖1-2 定子磁鏈模型結(jié)構(gòu)框圖 在兩相靜止坐標系上的電磁轉(zhuǎn)矩表達式為 （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，其中電動機采用基于坐標系的數(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電機模型在進行異步電機的仿真時，沒有必要對四種狀態(tài)方程逐一進行，只要以一種為內(nèi)核，在外圍加上坐標變換和狀態(tài)變換，就可得到在不同的坐標下、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.定子磁鏈計算定子磁鏈的模擬和離散計算式為 （2-2） （2-3）式中，和為兩相坐標系上的釘子電壓和電流，K為積分系數(shù)，為采樣時間。磁鏈計算采用離散梯形積

7、分，模塊給出磁鏈，并由Complex to Magnitude-Angle計算磁鏈的幅值和轉(zhuǎn)角。2.轉(zhuǎn)矩計算電動機轉(zhuǎn)矩計算式為 （2-4）式中，為電動積極對數(shù)。圖2-2異步電機仿真模型2.1.2磁通和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器電動機的轉(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，當轉(zhuǎn)矩偏差大于和小于時，滯環(huán)模塊分別輸出“1”和“3”，當滯環(huán)模塊輸出為“2”時，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，判斷磁鏈運行在哪一個分區(qū)。磁鏈選擇器結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。圖2-4磁鏈矢量空間圖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感受和體會通過這次課程設(shè)計，我發(fā)現(xiàn)了很多平時學(xué)習(xí)上的不足，也學(xué)到了很多以前沒有涉及到得知識，在平時的學(xué)習(xí)中常常都是考試要考什么，我就學(xué)什么，對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給忘掉，沒

9、有能夠轉(zhuǎn)化成自己的知識，所以剛剛開始做課設(shè)時有點吃力，但是在查閱了很多資料后慢慢對直接轉(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，再等我們這個小組鉆研一段時間，應(yīng)該就能完全弄懂，主要是現(xiàn)在時間真的很緊。作為一名自動化的學(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，這這次課程設(shè)計也培養(yǎng)了我們的團隊合作精神，讓幾個人一起作一個課題可以讓我們更好的發(fā)揮自己的特長。課程設(shè)計中我既鞏固了課堂上學(xué)到的理論知識，又掌握了MATLAB的一些基本使用方法。同時，這次課程設(shè)計也培養(yǎng)了我認真嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和實事求是的工作態(tài)度。另外還要真誠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