基于SVPWM的异步电机直接转矩控制仿真研究.doc

1引言1.1交流调速技术的发展和现状在工农业生产、科技、国防及日常生活等各个领域电动机作为主要的动力设备被广泛应用。直流电动机相比于交流电动机结构复杂、体积大、成本和维护费用高并且不适于环境恶劣的场合但凭借控制简单、调速平滑和性能良好等特点在早期电气传动领域中一直占据主导地位[1]。从20世纪30年代开始人们就致力于交流调速技术的研究。特别是20世纪60年代以后电力电子技术和控制技术的飞速发展使得交流调速性能得到很大的提高在实际应用领域也得到认可和快速的普及。交流调速的发展可以说是硬件和软体的发展过程[3]。随着电力电子技术、微处理器技术和自动化控制技术的不断完善和发展使得交流调速系统的调速范围宽、速度精度高和动态响应快其技术性能可与直流调速系统相媲美、相竞争并在工程应用领域中逐渐取代直流调速系统[5]。交流电动机的高效调速方法是变频调速它不但能实现无级调速而且根据负载的特性不同通过适当调节电压和频率之间的关系可使电机始终高效运行并保证良好的动态特性更能降低起动电流、增加起动转矩和改善电机的起动性能。交流调速控制理论的发展经历了电压-频率控制、矢量控制、直接转矩控制控制理论的发展使控制系统性能不断提高[2]。电压-频率协调控制即恒压频比控制是指在基频以下调速时维持输出电压幅值和频率的比值恒定实现恒转矩调速运行；在基频以上调速时将输出电压维持在额定值使磁通与频率成反比下降实现弱磁恒功率调速运行。其控制系统结构简单成本低能满足一般的平滑调速但动、静态性能有限适用于风机、水泵等负载对调速系统动态性能要求不高的场合[8]。矢量控制就是将磁链与转矩解耦有利于分别设计两者的调节器以实现对交流电机的高性能调速。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器的矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等[12]。这样就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。直接转矩控制（DirectTorqueControl——DTC）国外的原文有的也称为Directself-control——DSC直译为直接自控制这种“直接自控制”的思想以转矩为中心来进行综合控制不仅控制转矩也用于磁链量的控制和磁链自控制[20]。直接转矩控制与矢量控制的区别是它不是通过控制电流、磁链等量间接控制转矩而是把转矩直接作为被控量控制其实质是用空间矢量的分析方法以定子磁场定向方式对定子磁链和电磁转矩进行直接控制的。这种方法不需要复杂的坐标变换而是直接在电机定子坐标上计算磁链的模和转矩的大小并通过磁链和转矩的直接跟踪实现PWM脉宽调制和系统的高动态性能[9]。1.2直接转矩控制技术的发展及现状1971年德国西门子公司的F.Blaschke等提出的“感应电动机磁场定向的控制原理”和美国P.C.Custman和A.A.Clark申请的专利“感应电动机定子电压的坐标变换控制”经过不断改进和发展形成了现已得到普遍应用的矢量控制变频调速系统[9]。矢量控制的出现使交流调速控制技术步入了一个全新的阶段其控制思想是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量根据磁场定向原理经坐标变换将定子电流矢量分解为励磁电流分量和转矩电流分量分别进行独立控制从而获得与直流调速系统同样的动态性能。尽管矢量控制从理论上可以使交流调速系统的性能得到显著改善但在实现时仍有许多技术问题需解决和完善如复杂的坐标变换、需准确观测转子磁链、对电机的参数依赖性大和难以保证完全解耦等使实际控制性能难于达到理论分析结果[12]。1985年德国鲁尔大学的M.Depenbrock教授首次提出了异步电动机的直接转矩控制理论（DirectTorqueControlDTC）1987年又将该理论推广到弱磁调速范围。直接转矩控制是交流调速控制技术的又一次飞跃与矢量控制技术相比它是在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型强调对电磁转矩的直接控制避免了矢量控制中复杂的坐标变换和参数运算[9]。直接转矩控制中磁场定向采用定子磁链仅需定子电阻即可观测得到大大减小了矢量控制性能易受电机参数影响的问题。直接转矩控制技术以其新颖的控制思想简洁的系统结构优良的动静态性能受到研究学者们越来越多的关注。直接转矩控制技术的四个主要特点：1、直接转矩控制直接定子坐标系下分析交流电动机的数学模型、控制电动机的磁链和转矩。2、直接转矩控制磁场定向所用的是定子磁链只要知道定子电阻就可以把它观测出来。3、直接转矩控制采用空间矢量的概念来分析三相交流电动机的数学模型和控制其各物理量使问题变得特别简单明了。4、直接转矩控制强调的是转矩的直接控制与效果。它包含有两层意思：①直接控制转矩；②对转矩的直接控制。因此它的控制效果不取