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交流电机直接转矩控制仿真设计 开题报告

文章来源:www.biyezuopin.vip   发布者:毕业作品网站  

题目:交流电机直接转矩控制仿真

一、研究的目的及意义

随着电力电子技术不断发展,各类大功率半导体器件如GTO、MOSFET、IGBT等的不断出现,使交流传动调速在近十年来得到飞快进步,高性能交流调速系统应运而生。这时,直流电机和交流电机相比的缺点日益显露出来,例如具有电刷和换相器因而必须经常检查维修,换向火花使它的应用环境受到限制,换向能力限制了直流电机的容量和速度等等。于是,用交流可调传动取代直流可调传动的趋势越来越明显,交流传动控制系统已经成为电气传动控制的主要发展方向。

直流电机由于励磁磁场和电枢磁场完全解耦,这样可以根据调速性能的要求,按照经典控制理论的方法独立设置调节器,分别对励磁磁场和转矩进行控制,因此直流调速系统具有良好的调速性能,调速平滑且易于控制,在高性能电气传动领域一直占据主导地位。

电机控制技术是伺服驱动控制的核心。从发展的历程来看,电机控制技术与电动机、大功率器件、微电子器件、传感器、微型计算机以及控制理论的发展密切相关。最初的随动伺服系统是在美国诞生的火炮瞄准随动系统。此后,随着生产的发展和科技的进步,随动系统有了长足的进展。

二、国内外研究现状

1985年,德国鲁尔大学的M.Depenbrock教授提出了一种新型交流调速理论-直接转矩控制。这种方法是在定子坐标系对电机进行控制的,结构简单,在很大程度上克服了矢量控制中由于坐标变换引起的计算量大,控制结构复杂,系统性能受电机参数影响较大等缺点,系统的动静态性能指标都十分优越,是一种很有发展前途的交流调速方式。因此,直接转矩控制理论一问世便受到广泛关注。目前国内外围绕直接转矩控制的研究十分活跃。

直接转矩控制技术从物理关系上构成转矩与磁链的近似解耦关系,可以获得良好的动态性能,控制结构简单,易于实现,很快就得到广泛的推广与应用。而传统的直接转矩控制技术在低速运行区段与稳态运行区段还存在很多问题,需要进一步研究。仅从电机本身出发来完善直接转矩控制技术已经是不可能的事情,必须另辟蹊径。现代的直接转矩控制技术作为一种新兴的技术,需要各种先进的控制技术作支撑,它已经不是单一的一项技术,而是发展成多种学科交叉的一项综合技术。下面就直接转矩控制技术所需要进一步研究的问题进行了总结:

(1)先进控制策略在现代直接转矩控制技术中的应用,改善稳态运行性能问题对于现代直接转矩控制来说,空间矢量调制模块需要控制器来生成给定的空间电压矢量,这样可以充分发挥线性控制与各种非线性控制方法的各自优点,如线性控制的平滑性、变结构控制的快速性、神经网络与模糊控制的智能性与鲁棒性,尽管在一定程度上增加了控制结构的复杂性,然而控制器可以大大改善控制性能。

(2)磁链与转矩估计问题

对于直接转矩控制来说,磁链与转矩估计精度直接影响控制性能的好坏,甚至会导致控制失败。高速运行时,现有的估计方法可以得到满意的精度,而低速时,尤其接近零速时,很多估计方法往往会失效.解决低速时的磁链与转矩估计问题具有重要意义。

(3)速度估计问题

近年来,无速度传感器技术受到了电气传动领域普遍的关注。针对已有的速度估计方法精度差,超低速及零定子频率运行条件下电机转速不可观测性,开发高精度及适用于超低速及零定子频率条件下的速度估计方法具有重要的现实意义。

(4)空载或者欠载条件下如何优化参考的定子磁链问题。

三、研究内容

本文重点研究把直接转矩控制应用在三相交流电动机上的控制效果。为了更好地分析三相交流电动机直接转矩控制,介绍直接转矩控制的原理和它的优缺点,还有三相交流电动机的分类、结构及其在不同坐标系下的数学模型。然后借助MATLAB中的Simulink功能,搭建三相交流电动机直接转矩控制系统的模型,对仿真结果进行分析归纳,最后得出结论。通过仿真来证明三相交流电动机直接转矩控制具有较好的转矩响应,基本能实现对三相交流电动机的快速可靠的控制,但是低速性能不佳,得不到快速的转矩响应。

四、拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析

基于开关表和SVM的三相交流电动机直接转矩控制系统的原理图如下所示,基于开关表的三相交流电动机直接转矩控制系统由三相交流电动机、逆变器、磁链和转矩计算及扇区判断模块、速度传感器、开关表以及调节器等模块组成。

接转矩控制系统进行仿真研究。从仿真波形中比较两者的共同和差别并得出分析结论。

在对三相交流电动机直接转矩控制系统进行数学分析的基础上,建立仿真模型,并进行各参数的设计,最后得出仿真结果并分析。

五、研究计划及预期成果

周次 工 作 内 容                                  预 定 目 标

1-4   翻译 查资料 写开题报告          查找资料、完成英文翻译和开题报告

5-6     确定方案 完成框架                  根据功能完成仿真初步设计

7-12  编写相关程序 调试                  完成系统功能 检测效果

13-14 撰写论文                            撰写论文提交书面文档和电子文档

15-16 答辩                                  通过论文答辩

六、特色或创新之处

对定子磁链和转矩计算模型的学习,利用Matlab/Simulink搭建直接转矩控制系统仿真模型,对系统进行仿真。

七、指导教师审阅意见

签名

年    月    日

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