无差拍直接转矩控制系统的研究和实现

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要交流调速系统在社会生产中占据越来越重要的地位，对其调速精度也提出了更高的要求。目前高性能控制算法有矢量控制和直接转矩控制，矢量控制通过解耦和坐标变换将交流电机转化为等效直流机进行控制，性能优越，但需要较复杂的旋转变换，转子磁链观测严格依赖于电机模型和参数的准确性，并涉及到多闭环PI参数调节问题。直接转矩控制仅在两相静止坐标系下观测定子磁链，并直接对磁链和转矩进行双位控制，响应速度快，但存在转矩脉动问题，调速范围受限。鉴于此，本文基于现有算法进行改进的无差拍直接转矩控制算法研究实现，结合矢量控制与直接转矩控制优点，运用无差拍控制原

2、理，在两相旋转坐标系下推导电压控制规律，采用SVPWM调制方式控制电机。为了提高系统对参数变化的适应能力，在仅有的速度闭环上应用模糊PI算法，在线自整定PI参数，优化动态过程，增强系统鲁棒性。通过分析异步电机基本原理，得到两相旋转坐标系下的数学模型，深入研究SVPWM控制技术，搭建矢量控制仿真模型进行理论研究。继而运用无差拍控制原理，在定子磁场定向的d-q坐标系上导出电压控制律，简化计算过程并使系统在一拍内响应，构建了无差拍直接转矩控制方案。SVPWM技术能有效减小转矩脉动，且系统仅有一个速度PI调节器，方便了调试。针对传统PI参数固定造成电机控制适应性差的问题，引入

3、一种模糊PI算法，设计了速度闭环模糊PI调节器。在Matlab／Simulink环境下搭建仿真模型，采用S．function编写控制算法，对两种PI算法下的无差拍直接转矩控制进行仿真研究，验证了无差拍直接转矩算法可行性和模糊PI算法的优越性。经过理论分析和仿真验证后，采用C语言编写无差拍控制算法和模糊PI算法。为实时监控电机运行时的关键波形，·采用LabVIEW8．2设计了交流调速监控软件，采用SCI通信进行实时监控并交换数据，然后在交流调速平台上进行了实验研究。实验结果表明，无差拍直接转矩控制算法能够达到高性能的控制效果，转矩脉动±0．5N·m，稳态时转速几乎无静态

4、误差。模糊PI算法能增强系统的鲁棒性，优化了动态响应过程。本文的模糊PI无差拍直接转矩控制算法有利于提高电机的控制性能，具有一定的实用性。关键词：无差拍控制；直接转矩控制；模糊PI；DSP；LabVIEW西南交通大学硕士研究生学位论文‘第1I页■———■●■■——●—●量●●■——●—●———●———■●—■皇鲁IPEl'qII■—————■●—●—●———■罾■置■量■墨置置lAbstractACvariablespeedsystemsplayanimportantroleinsocialproductionwhosedemandsforaccuracycontro

5、lareincreasingrapidly．Vectorcontrolanddirecttorquecontrolareundoubtedlyhigh-performancecontrolalgorithmsforinductionmotor．VectorcontrolconvertsACmotortoanequivalentDCmotormodelviadecouplingandcoordinatetransformation，thusobtainssuperiorperformance．Butinvolvescomplicatedrotationtransform

6、ationandmulti-PIregulationproblems．Furthermore，rotorfluxobserverisstrictlydependentontheaccuracyofthemotormodelandparameters．Directtorquecontrol(DTC)calculatesfluxintwo-phasestationarycoordinatesystemwhichissimpler，anditcontrolsthetorqueandfluxdirectlywithbang-bangcontrolwhichresultsinr

7、apidlyresponsebutwithtorquerippleandlimitedspeedrange．Soanimproveddeadbeatdirecttorquecontrolalgorithmbasedontheexistingalgorithmsisintroducedinthisthesis．ThealgorithmcombinesvectorcontrolandDTCalgorithm，deducesvoltagecontrolequationsbasedondeadbeatcontrolprinciple，thencontrolt