交流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)性能改善.pdf

1、電機(jī)是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的裝置，當(dāng)今社會(huì)已離不開它。直流電機(jī)屬線性對(duì)象，控制性能好，長(zhǎng)期以來在需調(diào)速的場(chǎng)合獨(dú)占鰲頭；但因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本與維護(hù)費(fèi)用高，再加上其非本質(zhì)防爆結(jié)構(gòu)，極大地限制了其應(yīng)用場(chǎng)合。交流電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、運(yùn)行可靠、便于維護(hù)及易于防爆等優(yōu)勢(shì)使其得到廣泛應(yīng)用；但因其非線性多變量特性，調(diào)速很困難，致使其長(zhǎng)期以來多數(shù)作為動(dòng)力源應(yīng)用。 控制理論、高速開關(guān)器件及微處理器技術(shù)的發(fā)展，催生了磁場(chǎng)定向控制(FOC)技

2、術(shù)，使交流電機(jī)重登調(diào)速領(lǐng)域，且直逼直流電機(jī)一統(tǒng)天下。當(dāng)今對(duì)電機(jī)的調(diào)速性能提出了更高的要求，如寬調(diào)速范圍、隨動(dòng)性和高效率等。直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)是繼FOC之后出現(xiàn)的一種交流電機(jī)高性能控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的直接控制，它簡(jiǎn)化了調(diào)速系統(tǒng)控制器結(jié)構(gòu)，具有對(duì)轉(zhuǎn)子參數(shù)不敏感，及優(yōu)良的動(dòng)、靜態(tài)性能，因而受到人們關(guān)注和青睞。 交流電機(jī)的DTC仍有一些不盡人意的地方，如低速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)(源于定子磁鏈u-i模型觀測(cè)不準(zhǔn)，及對(duì)磁鏈?zhǔn)噶康姆謪^(qū)過

3、粗所致)，及低負(fù)載率時(shí)的節(jié)能等問題。對(duì)交流電機(jī)DTC的深入探討是富有挑戰(zhàn)性、且也是極具實(shí)際意義的課題。 在山東省自然科學(xué)基金資助下，本人對(duì)交流電機(jī)DTC系統(tǒng)做了以下研究工作：(i)利用Matlab/Simulink工具加之自編的S函數(shù)，搭建了動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真模型，(ii)在傳統(tǒng)DTC磁鏈六分區(qū)控制的基礎(chǔ)上，提出了改進(jìn)的十二區(qū)間控制策略，(iii)在永磁同步電機(jī)的DTC系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出了其效率改善控制策略，(iv)對(duì)上述研究工作分別

4、進(jìn)行了充分的仿真實(shí)驗(yàn)與比較實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，在中高速區(qū)，六區(qū)間與十二區(qū)間兩種控制策略均可獲得較好的動(dòng)、靜態(tài)性能，然而在低速區(qū)，十二區(qū)間方案明顯顯優(yōu)；利用永磁同步電機(jī)的鐵損和銅損模型，求得最優(yōu)勵(lì)磁電流，而后給出最優(yōu)定子磁鏈指令值的控制策略，與常磁鏈DTC相比，使電機(jī)的運(yùn)行效率得以提升。研究成果分別發(fā)表于《青島大學(xué)學(xué)報(bào)》(工程版)和即將刊出的《電機(jī)與控制學(xué)報(bào)》。 論文各章節(jié)主要內(nèi)容如下： 第一章對(duì)交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展作了簡(jiǎn)單綜述

5、。第二章敘述了直接轉(zhuǎn)矩控制原理，利用Matlab/Simulink仿真軟件加上自編的S函數(shù)建立了感應(yīng)電機(jī)和永磁同步電機(jī)的動(dòng)態(tài)仿真模型，進(jìn)一步，搭建了以它們?yōu)閷?duì)象的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真平臺(tái)。第三章針對(duì)傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制所存在的問題，提出了磁鏈?zhǔn)謪^(qū)控制策略。第四章考慮永磁同步電機(jī)損耗模型(包括銅損和鐵損)，提出了最小損耗效率優(yōu)化控制策略。以上三章在對(duì)理論結(jié)果進(jìn)行了深入分析后，都分別對(duì)感應(yīng)電機(jī)和永磁同步電機(jī)的DTC系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn)，