姓名

张世超

学号

0902105037

指导

教师

罗金盛

职称

学历

讲师

课题名称

基于MATLAB的异步电动机直接转矩控制系统仿真

毕业设计（论文）类型（划√）

工程设计

应用研究

开发研究

基础研究

其他

√

一、 本课题的研究目的和意义：

直接转矩控制技术是继矢量控制技术以后发展起来的一种新型、高性能变频调速技术。它利用空间矢量分析方法，直接在定子坐标系下计算和控制交流电机的转矩，才用定子磁场定向，通过对转矩和磁链的滞环控制产生PWM信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得系统的高动态性能。它不像矢量控制那样，将交流电动机与直流电动机作比较、等效和转化，更不需要模仿直流电动机的控制而要求利用解耦后的简化交流电动机数学模型来实现对转矩的间接控制，具有转矩响应快、控制结构简单、易于实现全数学化的特点，得到广泛应用。

随着经济的发展，在诸多领域里利用高性能的交流调速逐步替代价格较高的直流调速是一个趋势。而直接转矩控制是高性能交流调速技术中潜力最大的一种，而且其控制方法本身非常适合全数字化实现，这一点正和现在飞速发展的电子技术相适应，所以对其进行深入的研究具有良好的现实意义。

二、 文献综述（国内外研究情况及其发展）：

1985年德国学者Depenbrock和日本学者Takahashi相继提出异步电机的直接转矩控制（DTC）思想。DTC是继矢量控制之后发展起来的一种高性能交流调速技术。DTC直接在定子坐标下计算和控制转矩，并采用定子磁链定向控制，产生最佳PWM信号，从而对逆变器开关状态进行最优控制，以获得高动态性能的转矩控制。DTC摒弃了复杂的矢量变换与计算，大大减少矢量控制性能易受参数变化影响的问题，结构简单，易于数字化控制。DTC的研究虽然已取得了很大进步，但是它在理论和实践上还不够成熟，如低速性能差、脉动转矩大、限制了系统的调速范围。矢量控制和直接转矩都属于磁场定向控制，前者是转子磁场定向控制，而后者是一种特殊的定子磁场定向控制。

    直接转矩控制技术一诞生，就以自己新颖的控制思想，简洁明了的系统结构，优良的静态性能收到了普遍的关注和得到了迅速的发展。DTC在德国经过10多年的发展，其低速性能和高速领域的谐波处理，都有明显的改善，并进入实用阶段。目前DTC已经成功地应用于大功率高速电力机车、地铁、诚实有轨电车的传动控制系统，例如穿越英吉利海峡的高速列车才用的就是DTC系统。德国、日本、瑞典、美国等都投入了大量的人力、物力和资金来开发和发展此项新技术。我国对DTC仍处于仿真和实验阶段，仍有不少控制性能问题和应用问题有待解决。

三、 本课题的主要研究内容（提纲）和成果形式：

（1）主要研究内容

直接转矩控制系统结构如下图所示，主要包括转矩计算、磁链计算、转矩、磁链滞环调节器及转速PI调节等，通过转矩和磁链环选择合适的电压矢量，调节电机转矩和定子磁链快速跟踪给定值，以达到通过电机定子磁链控制电磁转矩的目的。

（2）成果形式

用MATLAB建立一个异步电动机直接转矩控制系统仿真模型，详细说明了主系统模型和各子系统模型，得到电磁转矩、定子磁链和电机转速的仿真曲线。

四、 拟解决的关键问题：

（1）建立直接转矩控制系统中定子磁链的数学模型，并在近似圆磁链轨迹的直接转矩系统仿真模型上对其进行仿真。

（2）使用MATLAB工具建立近似圆磁链轨迹的直接转矩控制系统的仿真模型，而建立系统中所必须的异步电动机和逆变器以及开关状态选择模块的数学模型。

五、 研究思路、方法和步骤：

（1）建立了三相异步电动机的数学模型，通过所介绍的变换转矩阵得到了异步电机在二相静止和两相旋转坐标系下的数学模型。在分析空间电压矢量的基础上，结合一种经典的直接转矩控制系统阐述DTC的基本控制策略及如何构成开关模式表以实现对转矩和磁链的控制。

（2）对直接转矩控制进行的系统的分析，然后对定子磁链滞环和转矩滞环进行详细的分析。最后利用Matlab/Simulink仿真软件，设计出直接转矩控制模型。结合Simulink中逆变器和电机模型库中的三相鼠笼式异步电动机模块，加上对某些模块进行S函数编写，提高仿真的速度及精度。

（3）给出仿真结果，并对仿真结果做出分析，从仿真结果来看，系统的动、静态效果较好，动态响应迅速，系统稳定

六、 本课题的进度安排：

3.4-3.10 收集、查阅有关资料，完成开题报告。

3.11-3.24 调查研究、分析课题，完成英文资料翻译。

3.25-4.7 分析异步电机直接转矩控制系统。

4.8-4.21   提出异步电机直接转矩控制系统的性能指标、控制原则和控制要求，制定控制系统的控制策略和方法。

4.22-5.19  建立系统的数学模型及仿真模型，系统运行性能仿真分析。

5.20-6.23  组织材料，撰写论文，审阅修改，最后论文定稿。

6.24-6.30  答辩，装订整理论文文件

七、 参考文献：

[1]  别红波，徐中 《基于MATLAB的异步电机无速度传感器直接转矩控制的仿真研究》2004

[2]  顾绳谷 《电机及拖动基础》2007

[3]  薛定宇，陈阳泉 《基于Matlab/Simulink的系统仿真技术与应用》2002

[4]  何萍，郭军 《基于Matlab/Simulink的异步电机直接转矩控制系统仿真》2007

[5]  孟庆春，叶锦娇，郭凤仪 《异步电动机直接转矩控制系统的改进方案》2005

[6]  李夙 《异步电动机直接转矩控制》1994

[7]  陈伯时 《电力拖动自动控制系统》2003

[8]  李永东 《交流电机数字控制系统》2002

八、 指导老师意见：

                                                指导老师（签名）：

年    月    日

九、 系（部）意见：

                                                系（部）主任（签名）：

年    月    日