直接转矩控制的MATLAB仿真..doc

直接转矩控制的MATLAB仿真 摘要：近来对于交流电机的控制主要有矢量和直接转矩控制：矢量控制通过电流、磁链等量间接控制转矩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。SVPWM—DTC模块，信号检测模块。系统仿真模型结构如图2所示。其中异步电机由一个通用逆变桥组成的PWM电压源逆变器馈送能量。速度控制模块中的PI控制器产生DTC模块所需的转矩和磁通参考值。DTC模块计算电磁转矩和磁通估计值，分别和参考值比较，然后由独立的PI调节器计算参考电压矢量。再通过DTC控制器模块，得到控制电机运行的逆变器开关状态，总体仿真结果还算满意，并且足以使我对于电力电子与异步电机控制有了深刻的了解。 关键字：直接转矩控制、异步电机、功率变换、磁通估计 1 引言 交流异步电机具有结构简单、可靠性高，宽调速范围和价格低廉等优点，广泛应用于现代交流传动系统。然而，异步电机又是一个多变量、强耦合、参数时变的非线性对象，很难对其进行高性能的控制。近年来，随着电力电子技术与计算机技术的进步，特别是高速单片数字信号处理器(DSP)、高性能的智能功率模块(IPM)以及功能齐全和界面友好的仿真工具的出现，许多复杂算法得以在异步电机控制中运用，大大提高了异步电机的调速性能。 直接转矩控制系统简称 DTC ( Direct Torque Control) 系统，是继矢量控制系统之后发展起来的另一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统。在它的转速环里面，利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩，因而得名。 实际的控制系统中，由于转子磁通的定向受转子参数变化的影响，使实际的系统达不到理论分析上的性能；同时矢量控制运算量大、控制复杂，对硬件的要求较高，这也给实时控制带来困难。 1985年德国鲁尔大学的DEPENBECODK提出直接转矩控制（Direct Self-Control）理论。直接转矩控制技术，是用空间电压矢量的分析方法在定子坐标系下计算、控制交流电机的转矩，借助于双位模拟调节器产生PWM信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。与矢量控制比较，直接转矩控制根据定子磁链和转矩偏差，直接得到逆变器的开关状态，实现对电机输出转矩的控制。具有转矩动态响应快，控制算法简单和鲁棒性强的特点。 由美国THE MATHWORKS公司推出的MATLAB是目前国际上最流行的科学与工程计算的软件工具,它具有强大的运算能力,可以实现建模与仿真,数据分析,图象分析等功能。特别是其中的SIMULINK工具箱是专为系统仿真开发的交互式软件,具有可重载、可视化、可封装的优点[1 ] 。目前很多文章都是采用在SIMULINK中直接用模块搭建系统仿真模型,由于系统的复杂性(如常微分方程组、开关表等) ,给模型搭建带来很多不便,整个模型的可移植性不高。然而SIMULINK中的S 函数却可以用于处理常微分状态方程组的求解等复杂运算,这样就使得仿真简便,快捷,可操作性强。本文就是在感应电机静止α- β参考坐标系下,利用SIMULINKPS 函数建立了感应电机直接转矩控制系统的仿真模型,并进行了全面的仿真实验。 1-1 DTC异步电机仿真原理图 直接转矩控制的结构原理如图1 所示,它由逆变器、磁链估算、转矩估算、磁链位置估算、开关表和调节器等部分组成。其工作过程如下:首先由检测单元检测出电机定子电流和电压值、实际转速ω。输入到感应电机数学模型模块计算出Ψa、Ψb和转矩实际值Te。Ψa和Ψb通过磁链计算单元,得到了定子磁链Ψs 的幅值| Ψs| 和所在区间信号SN。将实际转速ω与给定转速通过转速调节器得到转矩给定值 。实际转矩Te 与转矩给定值经转矩调节器处理后得到转矩开关信号TQ。磁链给定值与磁链反馈值经磁链调节器处理后产生磁链开关信号ΨQ。开关信号选择单元综合磁链开关信号ΨQ、转矩开关信号TQ 和磁链位置信号SN ,通过查表得到正确的电压开关信号来使逆变器能提供合适的电压给感应电机。 2 直接转矩控制的基本原理 异步电机数学模型是一个高阶、强耦合、多变量、非线性系统。理想状态下（一般这样假设）电机三相（定、转子）均对称，定、转子表面光滑，无齿槽效应，电机气隙磁势在空间正弦分布，铁心涡流、饱和及磁滞损耗不计。在固定坐标系下（，，0），用异步电机转子的量来表示异步电机数学模型（则有＝＝0）。基本方程如下： （1） （2） （3） 、：定子电阻和自感 、：转子电阻和自感 ：定子互感 ：电机转子角速度，即机械角速度 、：定子电压（、）分量