永磁同步电机直接转矩控制系统仿真(附件)【字数:12850】

摘 要 摘 要永磁同步电机(PMSM)具有着其它电机不存在的优点,比如构造简单、体积小巧、高气隙磁密、高转矩惯量比等,因此普遍应用于实际的机械制造、工农业生产、航天航空等其它领域。而直接转矩控制(DTC)系统作为其控制系统,有着它本身的优势,比如其控制思想的新颖,明确的信号处理,简单的架构,直接的手段的而受到人们普遍关注。所以对于永磁同步电机的直接转矩控制的探究具有重大的实际意义。所以为了改善PMSM调速系统的静动态的性能,来进一步探究改善其控制的性能,本文重点针对PMSM DTC系统,在空间电压矢量的基础上,构建永磁同步电机在各个坐标系下的数学模型,由此探究永磁同步电机的直接转矩控制的具体实现办法,接着在Matlab/Simulink软件中进行仿真,并对仿真后的实验结果进行探究,来解析控制策略的正确性,此过程中具有重要的理论和实际意义。通过仿真可以发现,直接转矩控制具备优越的静、动态性能,并且转矩响应比较迅速,但同时该系统也存在着某些不足的地方,比如转矩脉动大。关键词永磁同步电机;电压矢量;Matlab仿真;直接转矩控制
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及研究意义 1
1.2永磁同步电机直接转矩控制系统国内外发展现状 1
1.3 直接转矩控制存在的问题 2
1.4 本文研究主要内容 4
第二章 永磁同步电机概述 5
2.1 永磁同步电机 5
2.1.1 永磁同步电机的分类 5
2.1.2永磁同步电机的特点 6
2.2 永磁同步电机的坐标变换 7
2.2.1 几种常见变换坐标系 7
2.2.2 2s/2r与3/2变换 8
2.3 永磁同步电机的数学模型 10
2.3.1 ABC坐标中的数学模型 12
2.3.2 αβ坐标系中的数学模型 13
2.2.3 dq坐标系中的数学模型 14
2.3 本章小结 15
第三章 永磁同步电机直接转矩控制原理 17
3.1 永磁同步电机直接转矩控制概述 17 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });

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3.2 永磁同步电机直接转矩控制的运行原理 20
3.2.1 空间电压矢量简介 20
3.2.2 定子磁链的控制 21
3.2.3 转矩的控制 22
3.2.4 开关电压矢量选择表 22
3.3 永磁同步电机直接转矩控制实现过程 23
3.4本章小结 24
第四章 永磁同步电机直接转矩控制系统仿真研究 25
4.1 MTALAB/Simulink简介 25
4.2 永磁同步电机直接转矩控制系统仿真实现过程 26
4.2.1 系统仿真图 26
4.2.2 仿真子模块简介 26
4.3 系统仿真性能分析 28
结 论 33
致 谢 33
参 考 文 献 35
第一章 绪论
1.1 研究背景及研究意义
直接转矩控制系统的理论诞生于20世纪80年代中旬的德国,由当时著名的教授M.Depnbrock发表,主要应用于当时普通交直流电机的控制,直到1987年,直接转矩控制系统才真正的展现出了它应有优势,人们把它拓展到了弱磁调速的范畴之内。于矢量控制技术类比,它的优势是不需要将交、直流电动机两者来进行相互之间对比与转换,也不必要去按照直流电机的控制思想,也不必去求解交流电机它那繁杂的数学模型。它所做的仅仅是在坐标系下来阐述电动机的数学模型,重点对电机的转矩进行直接控制,省略掉其中的矢量变化以及其它的繁琐的变化和求解。通过直接转矩这种办法我们可以直接得到当时的定子的电压、电流,然后下一步采纳定子磁场进行定向的办法,针对同、异步电机的磁链和转矩进行进一步直接控制,重中之重是为了得到转矩的极速响应,从而得到电动机优越的控制性能。它在很大的程度上减少了矢量控制技术的性能容易随着参数变化而影响的基本问题,大部分去除了矢量控制的不足之处。
除了上述的研究意义,改革开放以来,我国作为发展中国家,经济正在高速的发展,而经济高速发展的背后,不可避免的是重工业的发展,所以随之带来了能源损耗与环境污染,因此当前的重中之重是节能减排。通过比较我们可以发现,同容量的异步电机和永磁同步电机,无论是后者的功率因数还是性能都比前者优越的多,所以对于我们国家来说,减少使用异步电机,大力发展永磁电机有着重要意义。近些年来,我国的环境污染愈发严重,而且许多大城市出现了雾霾现象,因此节能减排刻不容缓,要使用高能效、低污染的永磁同步电机。除此之外,作为永磁同步电机原料之一的稀土材料在我国存储量尤为丰富,所以在制造永磁同步电机有着得天独厚的优势,而且中国在稀土方面所做的研究已经超越了世界的各个大国,研究使用稀土的技术也在高速发展。因此,当今社会我国进一步探究交流伺服系统的PMSM具有尤为重要的实际意义[1]。
因此在当前的局势下,针对于永磁同步电机DTC的探究,研究其控制的手段和控制的策略,也为永磁同步电机DTC的进一步探究打下了坚实的基础。
1.2永磁同步电机直接转矩控制系统国内外发展现状
因为转矩控制得到了很好的研究,所以交流电动机在工业以及其它产业中获得了比较广泛的应用。岂止至今,交流电动机电磁转矩高性能控制策略大致有两种:矢量控制、直接转矩控制,两者各有其优缺点。1985年,德国学者M.Depenbrock教授提出了面对交流电动机调速控制理论的一种空前的理论——直接转矩控制理论,引起了当时学术界广泛的兴趣和注意。1994年,瑞士ABB公司把直接转矩控制系统成功的应用到了当时的异步电动机的通用变频器上,比如说ABB公司生产的ASC600、ASC800等等变频器。而且ABB公司发表说直接转矩控制必然是下一代交流电动机最为优越的控制方案,接着ABB公司宣布以后会着重发展这个控制系统[2]。
直接转矩控制技术这一理念自从一诞生,就以它独特新颖的控制思想,优越的动,静态性能,简单大方的系统结构而受到了人们广泛的关注,各国学者在基于理论探讨和实验探究上从而得出了各种各样的控制方案。
作为发源地的德国,他们采取的是主要是应用于大功率范围的生产实际应用,其磁链为大约是六边形的控制方法。而作为近似圆形磁链的控制方案的提出者日本学者I.Takehashi教授,他们注重于研究属于中、小功率高性能调速的范畴。从另一方面控制的效果来剖析,六边形方案类似于供电给六阶梯波形的逆变器的状况,无论是转矩脉动还是产生的噪声都相对较大,均无法与圆形气隙磁场的假想情况进行比较,一种非零的电压矢量仅仅适用在其转速的六分之一周期。而近似圆形方案作为另一种方案,对比一下比较接近我们假想的范围,无论是从电动机的损耗这一方面出发,还是从转矩脉动以及噪声这一发面出发,都很相对较小。但是从其他方面来分析,大功率领域的永磁同步电机由于需要减少功率元器件的开关因数,所以选择六边形方案,而近似圆形方案和它相比较来看,通常应用于中、小功率的高性能领域[3]。在美国进行研究的有T.G.Habetler等人,他们是把电动汽车的牵引中加入直接转矩控制系统,所以他们着重于研究有效的控制转矩,以确保在全速度范围内,而且他们通过具体分析与仿真,发表了无差拍预测控制法,并且成功的解决了“BangBang”控制开关频率可变的问题。

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